光电模块（及多通道光电传感器）
相邻通道占空比差值与相位差的关系
黄海磊
摘要：我们双通道光电模块测试，检测了占空比、相位差、两通道占空比差值（即：泛指相邻通道占空比之差）及功耗电流；测试是用模拟光电转速传感器按照预定转速、正转（顺时针）下实施。
针对被测参数“两通道占空比差值”,最初的设计者可能有过推算,得出差值为≤5%；但似乎没有留下一个明确推论，所以也无从得知其可信的最大极限值；某种程度上也局限了生产测试验收标准，增大了对光敏元件配对或调试要求。
这篇文章将结合光电模块占空比的设计原理和实际测试情况，通俗简单的谈谈“两通道占空比差值”与反转时相位差的关系，以及推算出“两通道占空比差值”的最大极限值；并希望能给测试和设计起到参考与指导作用（备注说明：在以下内容中“光电模块”或“模块”都是指光电模块）
关键词：相位差；两通道占空比差值、相邻通道占空比之差。
引言：
光电模块是公司光电转速传感器产品中的一个重要电子部件，它的质量将直接影响到传感器的产品性能及生产合格率。
在1000只一体化模块的试制生产中由于光敏元件的离散性较大导致占空比的分散，致使两通道占空比差值变大，即调试合格率降低。
为弄清两通道占空比差值过大会给传感器带来的影响，以下就光电转速传感器相关试验指标和模块的试验方法谈谈我的理解。
之前，先来简介一下模块产生脉冲信号的原理，就是利用光电元件的发光管发出一束红外光，在光栅片（特制的机械件）对光束的切割遮挡作用下产生断断续续的光线，再由接收管把断断续续的红外光线转变为对应的高低脉冲电信号。
这个过程看似简单，但要想得到有一定技术条件的脉冲信号，则需要对器件参数及光栅片进行一定的设计研究了。
对此我们已经有了成熟的设计原理，以及对占空比、相位差的定义在此不再重复陈述。
根据铁标“TB/T2760.1-2010 机车转速传感器第1部分：光电转速传感器”和公司“光电转速传感器技术条件”对产品主要参数要求如下：
占空比（CH1、CH2）：50%±20%
相位差（CH1- CH2）：正转为90°±45°，反转为270°±45° 输出电平值：高电平≥9V ，低电平≤2V 功耗电流：≤50mA
输出波形：上升沿、下降沿时间均小于周期的5%；（在400转/分钟转
速下的上升沿和下降沿时间远远小于周期时间，所以该“5%”在这认定为波形的相对抖动量）
其次，再来了解一下我们光电模块的测试方法：设置一个“器座总成”（即模拟光电传感器）装入测试台，由测试台提供一个400转/分钟的正向转速转动光栅片；手持被测模块靠紧在“器座总成”预置的位置上定位，给模块上电后检测各项输出参数。
通过示波器读出占空比、相位差及电平值；为确保产品在后续工序的生产合格率，所以缩紧了测试接收标准；参数标准如下：
占空比（CH1、CH2）：52%±5% 相位差（CH1- CH2）：正转为90°
两通道占空比差值（duty:CH1- CH2）：≤5%
在示波器屏幕上理论应呈现的波形如示图一
示图一 光栅片正转时的波形
CH2
CH1
（备注说明：以下内容两通道的触发信号，都设定CH1作为参照信号。
） 参照示图一设以下：
² T 为一个方波的周期时间，且CH1和CH2的一个方波周期时间相等；
² T1为高电平时间，即设T1CH1和T1CH2分别为1通道和2通道的高电平时间；
² T2为CH1超前CH2信号的时间；根据模块的试验方法和对相位差的要求，得知：T2=T/4（即T2/T ³360°=90°，调试时已经设为固定标准值）；
² T2＇为CH1的下降沿滞后CH2的下降沿的时间；即T2＇
等式1: T2＇= T-T2-T1CH2+T1CH1
实践中由于各种不确定因素的存在，导致模块的输出波形产生抖动变化；其抖动变化量主要来自两方面：一方面，是单个通道在单位时间内的每个周期之间的波形变化量；其次，是在预定位差（或周期）一个通道相对另一个通道波形之间的变化量。
前者的变化量相对较小且可测试性不强而忽略不计；对于后者我们也只是从中取抖动变化量较大的因素值，即CH2相对CH1波形的上升沿之间的变化量，也就是△T2值设为T3；因此实际波形见示图二
示图二 设相对抖动量为T3（光栅片正转）
CH2
CH1
依据光电转速传感器技术条件，得：T3/T ＜5%
以上对光电模块及对它的测试方法、参数要求有了一定了解后，再来简述一下光栅片反转时的输出波形状况。
在示波器监测下检测出的波形图，见示图三
示图三 光栅片反转时的波形
CH1
CH2
由波形可见：原正转时波形的上升沿变为了下降沿，则下降沿变为了上升沿；两通道间CH2相对CH1的对应关系也在跟着改变；但固有的左右镜像关系没变。
根据铁标“TB/T2760.1-2010 机车转速传感器 第1部分：光电转速传感器”和“光电转速传感器技术条件”要求：
反转时的相位差（CH1- CH2）为270°±45°，所以得
等式2： T2＇/ T ³360°= 270°±45°
将等式1代入等式2得：
（T-T2-T1CH2+T1CH1）/ T ³360°= 270°±45°
化解计算：（T/T - T2/T - T1CH2/T + T1CH1/T ）³360°= 270°±45°
360°- T2/T ³360°- T1CH2/T ³360°+ T1CH1/T ³360°= 270°±45°
360°- 90°- T1CH2/T ³360°+ T1CH1/T ³360°= 270°±45°
270°- T1CH2/T ³360° + T1CH1/T ³360°= 270°±45°
- T1CH2/T ³360° + T1CH1/T ³360°= ±45°
T1CH1/T - T1CH2/T = ±45°/360°
得： T1CH1/T - T1CH2/T = ±12.5%
∵ T1
CH1/T为CH1占空比，T1
CH2
/T为CH2占空比；
∵抖动量的存在，且T3/T＜5%
∴得：两通道占空比差值（duty:CH1- CH2）的最大极限值为
±（∣CH1- CH2∣- 5% ）
=±（12.5% - 5%）
=±7.5%
∴得：光栅片反转时相位差受到的最大影响值为
360°³（±7.5%）= ±27°
经上述的论证推理得知：模块测试（及光电转速传感器调试）过程，光栅片始终是正转且两通道的相位差确保在90°间；如果不约定“两通道占空比差值”即当光栅片反转时导致相位差可能超出标准接收范围。
实践也证实“两通道占空比差值”与反转时相位差的对应关系式如下：
反转时的相位差（CH1- CH2）= 270°- （duty:CH1- CH2）³360°式中“duty:CH1- CH2”为两通道占空比差值，应不超出±7.5% 为进一步证实以述关系式，从1000只一体化模块试制品中的不合格品抽取了部分占空比差值较大的模块进行测试，记录如表一
表一
结论：
光电模块及光电转速传感器的测试，在考虑通道的相对抖动量、光栅片正转时两通道的相位差确保为90°，则两通道占空比差值（即：相邻通道占空比之差）不能超出±7.5%。
占空比差的绝对值越小则相位差的相对位置偏移就越小，反之则越大。