霍爾速度傳感器原理及算法介紹

　　摘要：本文主要簡單介紹英飛凌霍爾系列傳感器在汽車領(lǐng)域速度檢測(cè)方面的應(yīng)用。

　　隨著汽車電子的發(fā)展,現(xiàn)代汽車裝配有各種傳感器,如角度傳感器，位置傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器等。這些傳感器將各種輸入?yún)⒘哭D(zhuǎn)化為電信號(hào),用于調(diào)節(jié)和控制發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和舒適性系統(tǒng)等。霍爾效應(yīng)是比較理想的磁性感應(yīng)技術(shù)，通過檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)用于檢測(cè)速度，位置，角度等。霍爾傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單，魯棒性好，可靠性高，壽命長，功耗低，溫度范圍廣，抗干擾能力強(qiáng)，耐灰塵油污腐蝕等。

　　工作原理

　　信號(hào)偏移處理

　　在現(xiàn)代汽車領(lǐng)域，往往要求傳感器模塊工作在-40℃至150℃范圍，有些甚至要求工作在175℃。一方面磁性材料會(huì)受到溫度影響，另外霍爾探頭本身也有溫度效應(yīng)。因此必須對(duì)霍爾傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　除溫度影響外，霍爾元件還容易受到機(jī)械應(yīng)力，焊接或者封裝影響，且由于半導(dǎo)體工藝的波動(dòng)造成產(chǎn)品之間存在差異，如霍爾材料或者厚度不均勻等，造成信號(hào)的偏差和漂移。通過chopper主動(dòng)誤差補(bǔ)償方法可以消除信號(hào)路徑產(chǎn)生的偏移、機(jī)械應(yīng)力對(duì)霍爾探頭影響以及焊接注塑等工藝對(duì)封裝的影響所帶來的偏差和漂移。

　　霍爾探頭輸出信號(hào)主要由三部分組成：工藝造成的差異，機(jī)械應(yīng)力誤差以及霍爾電壓。這三部分只有霍爾電壓才是有用的信號(hào)，其余部分是需要消除掉的偏差。

　　如圖1所示,在階段1電流自上而下流入霍爾探頭，從右到左采樣霍爾電壓。在階段2電流從左往右流入霍爾探頭，從上往下采樣霍爾電壓。同樣的，在階段3和階段4輸入電流和輸出電壓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°。由圖1可以看出，通過旋轉(zhuǎn)電流方法，只是改變了偏差的方向，而不會(huì)改變霍爾電壓的方向。通過代數(shù)方法很容易消除掉信號(hào)的偏差及漂移。　　

 

　　信號(hào)處理

　　霍爾速度傳感器主要由電源電壓調(diào)整電路，霍爾探頭，放大器，濾波器，比較器，數(shù)字信號(hào)處理電路，AD轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器等組成。霍爾探頭檢測(cè)到的磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過放大器放大并經(jīng)過低通濾波器后由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理電路以及DA轉(zhuǎn)換器組成閉環(huán)回路，信號(hào)數(shù)字化后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理電路中，處理電路會(huì)檢測(cè)信號(hào)上升或者下降瞬態(tài)情況并相應(yīng)觸發(fā)輸出信號(hào)，同時(shí)還會(huì)檢測(cè)信號(hào)最大最小值并計(jì)算其平均值，該平均值通過DA轉(zhuǎn)換后反饋到輸入信號(hào)中用于補(bǔ)償磁場(chǎng)信號(hào)偏移。比較器用于比較磁滯信號(hào)，信號(hào)會(huì)根據(jù)不同磁滯算法進(jìn)行切換。

　　英飛凌霍爾速度傳感器介紹

　　英飛凌以TLE49XX命名霍爾系列傳感器,其中字母E代表汽車級(jí),I代表工業(yè)級(jí),V代表消費(fèi)級(jí)。數(shù)字49代表霍爾感應(yīng)原理，50代表iGMR感應(yīng)原理，51代表AMR感應(yīng)原理。最后兩位數(shù)字代表其應(yīng)用。英飛凌霍爾速度傳感器可以應(yīng)用在輪速，變速箱速度，凸輪軸和曲軸速度及位置檢測(cè)等。

　　在信號(hào)輸出方面，主要有兩線制電流式和三線制電壓式兩種。兩線制電流式輸出電流信號(hào)在7mA和14mA這兩個(gè)電流上變換。圖2是典型的兩線制電流式傳感器應(yīng)用電路。