探索HEDS-973X系列小型光学编码器模块

在电子工程领域，编码器是实现精准位置检测和运动控制的关键组件。今天我们要深入了解的是Avago Technologies的HEDS - 973X系列小型光学编码器模块，包括HEDS - 9730和HEDS - 9731，它们以其高性能和独特设计在众多应用场景中展现出卓越的优势。

文件下载：HEDS-9731#B50.pdf

一、产品概述

HEDS - 973X是一款高性能增量式编码器模块。它采用小型C形塑料封装，内部集成了带透镜的LED光源和探测器IC。当与码盘或码带配合使用时，可分别检测旋转或线性位置。该模块的独特之处在于其高度准直的光源和特殊的光电探测器阵列，使其对安装偏差具有极高的容忍度。

产品特性

1. 小巧尺寸：紧凑的设计使其能够轻松集成到各种设备中，节省空间。
2. 高分辨率：提供精确的位置检测，满足高精度应用需求。
3. 双通道正交输出：通过两个通道的输出信号，可以准确判断运动方向和位置变化。
4. 线性和旋转应用兼容：既适用于旋转运动检测，也可用于线性运动检测。
5. 无需信号调整：简化了系统设计和调试过程。
6. 兼容TTL或3.3V/5V CMOS：方便与不同类型的电路进行接口。
7. 波峰焊可焊性：便于大规模生产和组装。
8. 无铅封装：符合环保要求。
9. 宽工作温度范围：可在 - 40°C至85°C的环境下正常工作。
10. 单3.3V电源供电：降低了电源设计的复杂度。

应用领域

HEDS - 973X能够提供精密的运动检测，使闭环控制具有很高的成本竞争力。典型应用包括打印机、绘图仪、复印机和办公自动化设备等。不过需要注意的是，Avago Technologies不建议将其用于安全关键应用，如ABS制动系统和重症监护医疗设备。

二、工作原理

HEDS - 973X作为C形发射/探测器模块，与码盘配合时将旋转运动转换为双通道数字输出，与码带配合时将线性运动转换为数字输出。模块内部有一个LED作为光源，通过位于LED上方的单个透镜将光线准直成平行光束。与发射器相对的是集成探测器电路，由光电探测器和信号处理电路组成，用于产生数字波形。

当码盘或码带在发射器和探测器之间移动时，光线被码盘或码带上的图案遮挡，光电二极管检测到这些光线的中断。这些光电二极管的排列与码盘或码带的半径和计数密度相对应，并且相邻探测器对的光线周期和暗周期相互对应。光电二极管的输出经过信号处理电路，由两个比较器接收信号并产生通道A和通道B的最终输出。由于采用了集成相位技术，通道A和通道B的输出呈正交关系（相位相差90°）。

三、输出波形相关定义

1. 计数（N）

码盘每转的条纹和窗口对的数量（CPR），或码带每英寸的线数（LPI）。1轴旋转 = 360度 = N个周期。

2. 脉冲宽度（P）

一个周期内输出为高电平的电角度数，通常为180°e或半个周期。

3. 脉冲宽度误差（ΔP）

脉冲宽度与理想值180°e的电角度偏差。

4. 状态宽度（S）

通道A输出的转变与通道B相邻输出转变之间的电角度数，每个周期有4个状态，每个状态通常为90°e。

5. 状态宽度误差（ΔS）

每个状态宽度与理想值90°e的电角度偏差。

6. 相位（φ）

通道A高电平状态中心与通道B高电平状态中心之间的电角度数，对于正交输出，该值通常为90°e。

7. 相位误差（Δφ）

相位与理想值90°e的电角度偏差。

8. 旋转方向

当码盘逆时针旋转（从电机编码器端看）时，通道A领先通道B；当码盘顺时针旋转时，通道B领先通道A。

9. 光学半径（Rop）

从码盘旋转中心到编码器模块光学中心的距离。

10. 角度偏差误差（EA）

传感器相对于切向方向的角度偏差，适用于旋转和线性运动。

11. 安装位置（RM）

从电机轴旋转中心到对准凸耳接收孔中心的距离。

四、电气特性

1. 绝对最大额定值

参数	符号	最小值	最大值	单位	备注
存储温度	TS	- 40	85	°C
工作温度	TA	- 40	85	°C
电源电压	VCC	- 0.5	7	伏
输出电压	VO	- 0.5	VCC	伏
每通道输出电流	IOUT	- 1.5	19	mA
焊接温度	TSOL	20	260	°C	t * 5秒

2. 推荐工作条件

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注
温度	TA	- 40		85	°C
电源电压	VCC	2.8	3.3或5	5.2	伏	纹波 < 100mVp - p
负载电容	CL			100	pF
上拉电阻	RL		无			建议不使用上拉电阻，设备输出端集成2.5kΩ电阻
频率	f			40	kHz	速度（rpm）x N/60
角度偏差	EA	- 2.0	0.0	+ 2.0	度	参考安装注意事项
安装位置	RM		ROP - 0.14（ROP - 0.006）		毫米（英寸）	参考安装注意事项

3. 电气特性（推荐工作条件下）

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注
电源电流	ICC	12	25	40	mA	典型3.3V
		55	85		mA	典型5V
高电平输出电压	VOH	2.4			伏	当VOH = 2.4V（最小值），典型IOH = - 0.4 mA @ 3.3V，典型IOH = - 1.0 mA @ 5V
低电平输出电压	VOL			0.4	伏	当VOL = 0.4V（最大值），典型IOL = 12 mA @ 3.3V，典型IOL = 14 mA @ 5V
上升时间	tr		200		ns	CL = 25 pF
下降时间	tf		50		ns

4. 编码特性（推荐工作条件和安装条件下）

参数	符号	典型值	最大值	单位	备注
脉冲宽度误差	ΔP	5	50	°e
状态宽度误差	ΔS	3	50	°e
相位误差	Δφ	2	15	°e

五、安装注意事项

安装尺寸需考虑轴端游隙和码盘翘曲。对于旋转和线性运动，角度偏差EA必须控制在±1度以内，以实现编码特性。模块和码盘/码带的所有安装尺寸应相对于两个安装柱进行测量。

推荐码盘和码带特性

参数	符号	最小值	最大值	单位	备注
窗口/条纹比	Ww/Wb	0.9	1.1
窗口长度（旋转）	LW	1.80（0.071）	2.31（0.091）	毫米（英寸）
绝对最大码盘半径（旋转）	Rc		Rop + 3.40（Rop + 0.134）	毫米（英寸）	包括偏心误差
柱中心到窗口内边缘的距离	W1	1.04（0.041）		毫米（英寸）
柱中心到窗口外边缘的距离	W2	0.76（0.036）		毫米（英寸）
柱中心到码带内边缘的距离	L		3.60（0.142）	毫米（英寸）

六、波峰焊接曲线

参数	最小值	最大值	标称值	单位
焊锡锅温度	NA	260	250 - 260	°C
预热区温度	85	120	100 - 120	°C
浸入时间	5	7	5	秒
焊锡锅区（PCB顶部）	NA	NA	NA	°C
焊锡锅区（编码器引脚）	200	NA	≥ 200	°C

在实际应用中，电子工程师们需要根据具体的设计需求和系统要求，综合考虑以上各项特性和参数，以确保HEDS - 973X系列编码器模块能够发挥最佳性能。你在使用这类编码器模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。

很遗憾，在文库中未搜索到HEDS - 973X系列小型光学编码器模块应用案例的相关内容。不过我们可以根据其特性推测它在不同场景的应用表现。

从其高分辨率和双通道正交输出特性来看，在打印机中，它能精确控制打印头的移动位置和速度，保证打印的精度和质量。在绘图仪里，可实现画笔的精准定位和移动，绘制出精细的图形。在复印机中，有助于纸张传输和扫描头的精确运动，提高复印的准确性。

如果你在使用HEDS - 973X系列编码器模块时，有什么独特的应用思路或遇到的问题，都可以和大家一起交流探讨，说不定能碰撞出更多的创新火花。