HEDS-970x, HEDS-972x系列数字输出小型光学编码器模块技术解析

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。今天我们就来深入探讨一下Avago Technologies的HEDS - 970x, HEDS - 972x系列数字输出小型光学编码器模块。

文件下载：HEDS-9700#F50.pdf

一、产品概述

HEDS - 9700系列是一款高性能、低成本的光学增量编码器模块。当与码盘或码带配合使用时，该模块能够检测旋转或线性位置。它由一个带透镜的LED光源和一个探测器IC封装在一个小型C形塑料外壳中。由于采用了高度准直的光源和独特的光电探测器阵列，该模块对安装误差具有极高的容忍度。

二、产品特点

1. 小尺寸与低成本：模块体积小巧，成本低廉，非常适合对空间和成本有严格要求的应用场景。
2. 多种安装选项：提供多种安装方式，如标准（基面安装）、圆角轮廓（基面安装）、背板安装等，满足不同的安装需求。
3. 宽分辨率范围：可根据实际应用选择合适的分辨率，具有线性和旋转两种选择。
4. 无需信号调整：对径向和轴向游隙不敏感，减少了调试工作。
5. 工作温度范围广：能够在 - 40°C 至 + 85°C 的环境温度下正常工作。
6. 双通道正交输出：输出为TTL兼容的双通道数字信号，便于与其他设备接口。
7. 单5V电源供电：简化了电源设计。
8. 波峰焊兼容：方便进行批量生产。

三、工作原理

模块结构

HEDS - 9700是一个C形发射/探测器模块。模块包含一个发光二极管（LED）作为光源，通过位于LED正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，该IC由多组光电探测器和产生数字波形所需的信号处理电路组成。

信号产生

码盘或码带在发射器和探测器之间移动，使光束被码盘/码带上的空格和条纹图案中断。光电二极管检测这些中断，并将信号通过信号处理电路处理。两个比较器接收这些信号，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的数字输出与通道B正交（相位差90度）。

四、关键参数定义

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）。
2. 脉冲宽度（P）：一个周期内输出为高电平的电角度数，标称值为180°e或1/2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输出的一个转换与通道B相邻转换之间的电角度数，每个周期有4个状态，标称值为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，正交输出时标称值为90°e。
7. 相位误差（ΔΦ）：相位与理想值90°e的偏差。
8. 旋转方向：当从模块上方看（标记可见），码盘逆时针旋转时，通道A领先通道B；反之，通道B领先通道A。
9. 光学半径（Rop）：码盘旋转中心到编码器模块光学中心（O.C.）的距离。

五、性能参数

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	T S	-40	85	°C
工作温度	T A	-40	85	°C
电源电压	V CC	-0.5	7	V
输出电压	V O	-0.5	V CC	V
每通道输出电流	I O	-1.0	5	mA
焊接温度			260	°C	t ≤5 sec.

推荐工作条件

模块性能保证到20 kHz，但可在更高频率下工作。对于分辨率选项E、F、G和H，在30KHz工作时，最大脉冲宽度和逻辑状态宽度误差为40°e，相位误差为15°e。

编码特性

在推荐的工作范围和推荐的安装公差下，编码特性不包括码盘/码带的影响。安装公差分为两种情况：

• 情况1：模块安装公差为±0.13 mm（0.005英寸）。
• 情况2：模块安装公差为±0.25 mm（0.010英寸）。

电气特性

在推荐的工作范围内，典型值在25°C时给出。包括电源电流、输出高电平电压、输出低电平电压、上升时间和下降时间等参数。

六、推荐的码盘和码带特性

对码盘和码带的窗口/条比例、窗口长度、绝对最大码盘半径、中心到窗口内边缘距离等参数都有相应的推荐值。

七、安装考虑

安装公差

根据不同的安装公差（情况1和情况2），可以实现不同的编码特性。推荐的安装公差分别为Rm ± 0.13 mm（0.005英寸）和Rm ± 0.25 mm（0.010英寸）。

推荐螺丝尺寸

推荐使用M2.5 x 0.45或2 - 56的螺丝进行安装。

八、推荐的波峰焊条件

详细规定了波峰焊的工艺参数，包括助焊剂、预热、焊锡锅区域、波峰焊、热水清洗、冲洗和干燥等步骤的温度、时间等参数。

九、应用场景

HEDS - 9700系列编码器以低成本提供复杂的运动检测，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。但需要注意的是，Avago Technologies的编码器不推荐用于安全关键应用，如ABS制动系统、动力转向、生命支持系统和重症医疗设备等。

在实际设计中，你是否遇到过编码器安装公差影响性能的问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。