利用TLE4921-5U設計差分霍爾速度傳感器

1. 概述

　　霍爾效應是常用的傳感器感應技術之一，在汽車領域可以用于檢測速度，角度，位移等。其中速度檢測通常用差分式霍爾傳感器。

　　速度傳感器在設計時除需要滿足系統電氣要求外，還需要結合其實際使用環(huán)境如目標輪齒距，磁場強度，是否需要振動抑制算法，轉速范圍等。因此要設計好一款適合該系統應用的傳感器，采集目標輪信息是很有必要的。

　　本文介紹如何利用TLE491-5U產品特性進行目標輪信息采集，通過分析傳感器差分磁場信號，并結合傳感器算法來選擇適合應用的產品。

　　2. TLE4921-5U介紹

　　TLE4921-5U是基于霍爾原理的差分速度傳感器，具有高靈敏度以及優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性和對稱的閾值以實現穩(wěn)定的占空比，通過測量磁通量的變化來檢測目標輪的運動以及參考位置，可用于轉速測量如輪速，變速箱速度，曲軸速度等。

　　如圖1所示，TLE4921-5U主要由電源調整電路，霍爾探頭，差分放大器，偏差補償濾波器，施密特觸發(fā)器以及集電極開路輸出組成。

　　TLE4921-5U霍爾探頭之間距離2.5mm，差分霍爾探頭檢測到磁場變化并產生差分信號，差分信號包含直流信號以及交流信號，差分信號經過高通濾波器及外部電容處理后可以消除直流偏移分量，交流信號通過比較Bop和Brp來控制開漏極電路的開通和關閉。

　　圖1： TLE4921-5U系統框圖

　　如圖2是霍爾速度傳感器差分信號產生及處理示意圖，集成在芯片背面的磁鐵提供傳感器工作需要的恒定磁場，對于霍爾效應傳感器，常用的背磁磁性材料主要有NdFeB，SmCo等稀土材料。當兩個霍爾探頭檢測到相同磁場強度時，無論磁場強度強弱，其差值均為零，此時差分霍爾傳感器感應到的信號為零。當兩個霍爾探頭檢測到磁場變化時，便產生差分信號。差分信號幅值受差分磁場強度影響，差分磁場信號越強，則產生的差分信號越強，反之越弱。信號處理過程中，當差分信號超過ΔBrp時，集電極輸出電路關斷，此時輸出端被上拉電阻上拉至電源電壓，輸出為高電平。當差分信號小于ΔBop時，集電極輸出電路開路，此時由于集電極內阻遠遠低于上拉電阻，輸出端被拉低到地，輸出為低電平。

　　圖2：傳感器信號產生及處理

　　3．應用電路

　　前文已經談到在信號處理過程中，芯片內部集成的高通濾波器，利用外部電容，通過一個時間常數后將差分信號調整到零點。因此當TLE4921-5U作為速度傳感器使用時，外部濾波電容起到信號處理作用，電容異常將會影響到切換閾值，最終影響到數字輸出信號。當TLE4921-5U用于傳感器差分模擬量信號采集時，則不需要使用該濾波電容。

　　如圖3為TLE4921-5U用于采集傳感器差分信號的應用電路，管腳定義從左往右分別為電源，輸出，地以及參考電容端。傳感器1腳電源端和3腳地之間連接12V電源，2腳輸出端懸空，4腳參考電容端不接電容，示波器差分探頭連接參考電容端及地，用于測量差分信號。選擇阻抗大于10兆歐