HEDS-970x, HEDS-972x系列數(shù)字輸出小型光學(xué)編碼器模塊技術(shù)解析

在電子工程領(lǐng)域，編碼器是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位置檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵組件。今天我們就來(lái)深入探討一下Avago Technologies的HEDS - 970x, HEDS - 972x系列數(shù)字輸出小型光學(xué)編碼器模塊。

文件下載：HEDS-9700#F50.pdf

一、產(chǎn)品概述

HEDS - 9700系列是一款高性能、低成本的光學(xué)增量編碼器模塊。當(dāng)與碼盤或碼帶配合使用時(shí)，該模塊能夠檢測(cè)旋轉(zhuǎn)或線性位置。它由一個(gè)帶透鏡的LED光源和一個(gè)探測(cè)器IC封裝在一個(gè)小型C形塑料外殼中。由于采用了高度準(zhǔn)直的光源和獨(dú)特的光電探測(cè)器陣列，該模塊對(duì)安裝誤差具有極高的容忍度。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

1. 小尺寸與低成本：模塊體積小巧，成本低廉，非常適合對(duì)空間和成本有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。
2. 多種安裝選項(xiàng)：提供多種安裝方式，如標(biāo)準(zhǔn)（基面安裝）、圓角輪廓（基面安裝）、背板安裝等，滿足不同的安裝需求。
3. 寬分辨率范圍：可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的分辨率，具有線性和旋轉(zhuǎn)兩種選擇。
4. 無(wú)需信號(hào)調(diào)整：對(duì)徑向和軸向游隙不敏感，減少了調(diào)試工作。
5. 工作溫度范圍廣：能夠在 - 40°C 至 + 85°C 的環(huán)境溫度下正常工作。
6. 雙通道正交輸出：輸出為TTL兼容的雙通道數(shù)字信號(hào)，便于與其他設(shè)備接口。
7. 單5V電源供電：簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)。
8. 波峰焊兼容：方便進(jìn)行批量生產(chǎn)。

三、工作原理

模塊結(jié)構(gòu)

HEDS - 9700是一個(gè)C形發(fā)射/探測(cè)器模塊。模塊包含一個(gè)發(fā)光二極管（LED）作為光源，通過(guò)位于LED正上方的單個(gè)透鏡將光線準(zhǔn)直成平行光束。與發(fā)射器相對(duì)的是集成探測(cè)器電路，該IC由多組光電探測(cè)器和產(chǎn)生數(shù)字波形所需的信號(hào)處理電路組成。

信號(hào)產(chǎn)生

碼盤或碼帶在發(fā)射器和探測(cè)器之間移動(dòng)，使光束被碼盤/碼帶上的空格和條紋圖案中斷。光電二極管檢測(cè)這些中斷，并將信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路處理。兩個(gè)比較器接收這些信號(hào)，產(chǎn)生通道A和通道B的最終輸出。由于采用了集成相位技術(shù)，通道A的數(shù)字輸出與通道B正交（相位差90度）。

四、關(guān)鍵參數(shù)定義

1. 計(jì)數(shù)（N）：碼盤每轉(zhuǎn)的條紋和窗口對(duì)的數(shù)量（CPR），或碼帶每英寸的線數(shù)（LPI）。
2. 脈沖寬度（P）：一個(gè)周期內(nèi)輸出為高電平的電角度數(shù)，標(biāo)稱值為180°e或1/2周期。
3. 脈沖寬度誤差（ΔP）：脈沖寬度與理想值180°e的電角度偏差。
4. 狀態(tài)寬度（S）：通道A輸出的一個(gè)轉(zhuǎn)換與通道B相鄰轉(zhuǎn)換之間的電角度數(shù)，每個(gè)周期有4個(gè)狀態(tài)，標(biāo)稱值為90°e。
5. 狀態(tài)寬度誤差（ΔS）：每個(gè)狀態(tài)寬度與理想值90°e的電角度偏差。
6. 相位（Φ）：通道A高電平狀態(tài)中心與通道B高電平狀態(tài)中心之間的電角度數(shù)，正交輸出時(shí)標(biāo)稱值為90°e。
7. 相位誤差（ΔΦ）：相位與理想值90°e的偏差。
8. 旋轉(zhuǎn)方向：當(dāng)從模塊上方看（標(biāo)記可見(jiàn)），碼盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A領(lǐng)先通道B；反之，通道B領(lǐng)先通道A。
9. 光學(xué)半徑（Rop）：碼盤旋轉(zhuǎn)中心到編碼器模塊光學(xué)中心（O.C.）的距離。

五、性能參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

推薦工作條件

模塊性能保證到20 kHz，但可在更高頻率下工作。對(duì)于分辨率選項(xiàng)E、F、G和H，在30KHz工作時(shí)，最大脈沖寬度和邏輯狀態(tài)寬度誤差為40°e，相位誤差為15°e。

編碼特性

在推薦的工作范圍和推薦的安裝公差下，編碼特性不包括碼盤/碼帶的影響。安裝公差分為兩種情況：

• 情況1：模塊安裝公差為±0.13 mm（0.005英寸）。
• 情況2：模塊安裝公差為±0.25 mm（0.010英寸）。

電氣特性

在推薦的工作范圍內(nèi)，典型值在25°C時(shí)給出。包括電源電流、輸出高電平電壓、輸出低電平電壓、上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)。

六、推薦的碼盤和碼帶特性

對(duì)碼盤和碼帶的窗口/條比例、窗口長(zhǎng)度、絕對(duì)最大碼盤半徑、中心到窗口內(nèi)邊緣距離等參數(shù)都有相應(yīng)的推薦值。

七、安裝考慮

安裝公差

根據(jù)不同的安裝公差（情況1和情況2），可以實(shí)現(xiàn)不同的編碼特性。推薦的安裝公差分別為Rm ± 0.13 mm（0.005英寸）和Rm ± 0.25 mm（0.010英寸）。

推薦螺絲尺寸

推薦使用M2.5 x 0.45或2 - 56的螺絲進(jìn)行安裝。

八、推薦的波峰焊條件

詳細(xì)規(guī)定了波峰焊的工藝參數(shù)，包括助焊劑、預(yù)熱、焊錫鍋區(qū)域、波峰焊、熱水清洗、沖洗和干燥等步驟的溫度、時(shí)間等參數(shù)。

九、應(yīng)用場(chǎng)景

HEDS - 9700系列編碼器以低成本提供復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，使閉環(huán)控制具有很高的成本競(jìng)爭(zhēng)力。典型應(yīng)用包括打印機(jī)、繪圖儀、復(fù)印機(jī)和辦公自動(dòng)化設(shè)備等。但需要注意的是，Avago Technologies的編碼器不推薦用于安全關(guān)鍵應(yīng)用，如ABS制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、生命支持系統(tǒng)和重癥醫(yī)療設(shè)備等。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否遇到過(guò)編碼器安裝公差影響性能的問(wèn)題？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。