高度可靠的霍耳傳感器接口集成方案

摘要：本文簡要介紹霍耳傳感器，特別是汽車和工業(yè)領(lǐng)域的2線、霍耳數(shù)字開關(guān)的應(yīng)用。詳細(xì)介紹了利用完全集成的霍耳傳感器接口在汽車和工業(yè)應(yīng)用中增加診斷功能和可靠保護(hù)的方法，本文提供了對地電位偏差承受能力的測試結(jié)果。

引言

霍耳效應(yīng)的原理是磁場與導(dǎo)體中流過的電流相垂直時，流過電流的導(dǎo)體兩側(cè)會出現(xiàn)電勢差。

霍耳效應(yīng)傳感器基于這一原理檢測磁場的變化，輸出與之成比例變化的電壓，可以實(shí)現(xiàn)無接觸檢測，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的封裝，不受環(huán)境因素的影響。

由于在惡劣環(huán)境中具有較高的可靠性，霍耳傳感器被普遍用于工業(yè)和汽車領(lǐng)域，從車窗升降和天窗控制電機(jī)速度的調(diào)節(jié)到車門開/關(guān)檢測及鑰匙點(diǎn)火系統(tǒng)。

霍耳傳感器的類型

目前有各種類型的霍耳傳感器，例如3線和2線數(shù)字傳感器、線性傳感器、電流傳感器以及雙極性或單極性數(shù)字開關(guān)等。2線傳感器有兩個連接點(diǎn)：電源/輸出和地，3線傳感器的電源和輸出采用單獨(dú)的連接點(diǎn)。

2線霍耳數(shù)字開關(guān)通常用于汽車和工業(yè)領(lǐng)域，在這類應(yīng)用中，抗噪聲能力非常關(guān)鍵，要求霍耳傳感器與相關(guān)電子器件之間的電氣隔離。霍耳傳感器工作時總會吸收一定的電流，這種電流模式信號抗噪聲能力較強(qiáng)，有助于進(jìn)行簡單診斷。

這些傳感器提供兩種不同的電流電平，具體取決于是否有磁場。電流電平會因?yàn)椴煌膫鞲衅鲝S商而有所差異，但低電平范圍一般在5mA至8mA (沒有磁場)，高電平范圍在11mA至14mA (有磁場)。

霍耳傳感器接口

MAX9921是首款用于2線霍耳數(shù)字開關(guān)與微控制器接口的集成方案。它具有兩個獨(dú)立通道，為兩個傳感器提供電流通路，監(jiān)測電流電平，每個通道通過開漏輸出為微控制器產(chǎn)生一路數(shù)字輸出，圖1所示為器件結(jié)構(gòu)圖和典型應(yīng)用電路。


圖1. MAX9921結(jié)構(gòu)圖和典型應(yīng)用電路

作為一款高靠性IC，MAX9921設(shè)計(jì)用于惡劣的工作環(huán)境，例如工業(yè)和汽車等應(yīng)用。器件工作在6V至18V電池電壓范圍，可以承受最高60V的瞬變電壓(拋負(fù)載)?；舳斎攵?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/集成">集成了對地短路保護(hù)、電源短路保護(hù)以及高達(dá)±15kV的靜電放電(ESD)保護(hù)功能。內(nèi)部輸入保護(hù)電路省去了外部電路，從而降低成本和空間。

MAX9921的兩個通道獨(dú)立工作，器件對每路輸入提供診斷和故障保護(hù)。診斷模式下，診斷輸出結(jié)合兩個獨(dú)立通道輸出，提供基本的診斷信息，監(jiān)視傳感器的工作狀態(tài)。診斷功能包括：輸入開路(沒有接傳感器)、輸入短路至地、輸入短路至電池電壓(VBAT)以及VBAT超出范圍等。診斷功能可以識別出兩路輸入中的哪一路受到以上故障的影響。集成的診斷輸出電路無需固件執(zhí)行這一功能，也不需要微控制器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測量霍耳電流。