ABS系統用輪速傳感器AD22157

摘  要：AD22157是AD公司生產(chǎn)的一種基于霍爾效應的傳感器，可作為車(chē)速傳感器應用于汽車(chē)的ABS系統中。它具有較大的測速范圍和較寬的使用溫度范圍，并且采用二線(xiàn)制電流操作，使用方便；還具有氣隙診斷和反向電壓保護功能。文中介紹了AD22157的內部結構及其工作原理，并對其誤差源作了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：霍爾效應；差模信號；誤差源；調制；AD22157

１　概述

　?。粒模玻玻保担肥且环N混合信號磁場(chǎng)轉換器，它具有很大的測速范圍（０～２５００Ｈｚ）和較寬的操作溫度范圍（－４０～１５０℃），同時(shí)具有二線(xiàn)制電流操作、氣隙診斷和反向電壓保護（－３０Ｖ）等一系列特性。它可在較大的車(chē)速范圍內對汽車(chē)鐵磁性目標輪進(jìn)行車(chē)速與轉動(dòng)方向的測量。此外，還可在傳送系統作傳輸速度的測量、接近測量、位移測量等。

　?。粒模玻玻保担返慕Y構框圖如圖１所示。

２?。粒模玻玻保担返闹饕匦?/P>

　?。粒模玻玻保担凡捎枚€(xiàn)制電流回路操作方式，適于在－４０～１５０℃的溫度范圍、＋２０Ｖ直流供電情況下持續工作，且在瞬時(shí)電壓高達＋２７Ｖ時(shí)仍能維持正常工作。

　?。粒模玻玻保担份喫?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器的輸出電流脈沖為７ｍＡ或１４ｍＡ（靜止偏置值為７ｍＡ）該傳感器的輸出電流脈沖的上升沿可準確定位于目標輪的輪轂。輸出脈沖寬度則可由目標輪的運動(dòng)方向和磁場(chǎng)強度來(lái)決定，并可按照主流系統制造商所推薦的現行工業(yè)標準編碼為一組根據目標輪的運動(dòng)方向和磁場(chǎng)強度預先定義的時(shí)間間隔。

　　它的脈沖寬度可根據所測量的差模磁場(chǎng)強度的不同而有所不同：ΔＢ＞４ｍＴ（正常磁場(chǎng)）、２ｍＴ＜ΔＢ＜４ｍＴ（低磁范圍）、ΔＢ＜２ｍＴ（極低磁范圍）三種不同磁場(chǎng)中具有不同的寬度輸出。另外，在正常和低磁情況下，它還可提供車(chē)輪轉動(dòng)方向的測量。

　　在不同磁場(chǎng)強度范圍下，其輸出脈沖寬度的情況如圖２所示。

　　在初始上電、目標輪停止或其它原因造成檢測不到動(dòng)態(tài)信號時(shí)，一個(gè)安全停止的失敗信號就會(huì )以大約１．５Ｈｚ的頻率重復產(chǎn)生。

　?。粒模玻玻保担穫鞲衅鲀炔考捎谢魻枂卧?，并有相應的電路來(lái)減小霍爾器件參數的溫漂，在與ＳｍＣｏ磁鐵搭配使用時(shí)，該器件的補償效果最佳。該結構充分發(fā)揮了ＣＭＯＳ電路線(xiàn)性度高和ＤＭＯＳ電路電壓高的優(yōu)點(diǎn)，因而能夠使傳感器在要求的環(huán)境下準確工作。

　?。粒模玻玻保担愤€包括一個(gè)適應性的差模過(guò)零檢測器，它能準確地檢測出目標輪輪轂的位置。此結構減小了由于封裝和溫度對霍爾傳感器陣列所造成的、使其輸出脈沖的上升沿與上升沿之間時(shí)間間隔存在２％偏差的影響。

　　為保證測量的精確度，ＡＤ２２１５７舍棄了每次上電時(shí)或停止時(shí)的４個(gè)脈沖沿。它采用數字信號處理技術(shù)來(lái)增強功能，同時(shí)可減少在ＥＭＣ極限條件下可能產(chǎn)生的偽脈沖或脈沖丟失現象。

　?。粒模玻玻保担凡捎脝瘟校的_（ＳＩＰ）的封裝形式，十分適合于作為車(chē)速傳感器使用，它可方便地與一個(gè)安放在其后的偏置磁鐵進(jìn)行裝配。 ＡＤ２２１５７的封裝形式如圖３所示。

?。粒模玻玻保担返闹饕獦O限參數如下：

　　最大電源電壓：＋２７Ｖ；

　　最大輸出電流（管腳２）：１８ｍＡ；

　　工作溫度范圍：－４０～１５０℃；

　　片芯最高溫度：１９０℃。

３　原理與應用

３．１ 工作原理

　?。粒模玻玻保担份喫賯鞲衅鲗?shí)際上是一個(gè)二線(xiàn)制電流調制傳送器，它可根據磁場(chǎng)在空間的差模變化產(chǎn)生相應的電流脈沖。在其應用于輪速傳感器時(shí)，它所探測到的磁場(chǎng)是一個(gè)放置于其后面的永久磁鐵和位于傳感器前端、目標輪上的鐵制凹槽標記相互作用產(chǎn)生的。在這種條件下，傳感器必須抵消恒定的磁場(chǎng)偏置，并放大差模調制磁場(chǎng)，從而準確判斷目標輪的轉動(dòng)情況。

３．２ 信號檢測原理

　?。粒模玻玻保担份喫賯鞲衅鞑捎眉稍诠枰r底上的霍爾片結構來(lái)對磁場(chǎng)進(jìn)行空間差模測量，從而抵消了偏置磁場(chǎng)的影響。此霍爾結構由直線(xiàn)排列的三組霍爾單元構成，可用于一些不窄于５ｍｍ的鋸齒或凹槽輸出對應的正交信號。

　　每組霍爾單元都由４個(gè)獨立的、直徑為２００μｍ、排列成空間十字形的霍爾片并聯(lián)構成（如圖４所示）。此排列方式有利于減輕使用時(shí)逐漸增加的傾斜度對霍爾信號電壓造成的影響。

　　霍爾陣列由三組匹配的電流源供電，在此電流下的靈敏度為５μＶ／Ｇａｕｓｓ。三組霍爾效應傳感器可分為兩組，并分別與儀器放大器相連，中間的霍爾片同時(shí)與兩個(gè)放大器相連。這種結構可使兩組空間差模磁場(chǎng)信號轉變?yōu)殡娦盘?，其峰—峰值與差模磁場(chǎng)信號和霍爾片偏置電流成正比。

　　因此，如果霍爾陣列與車(chē)輪斜度相匹配，那么，ＡＤ２２１５７中的空間差模陣列所測得的霍爾信號將按正弦規律變化。

３．３ 信號調制前的誤差源

　　霍爾傳感器除了可以產(chǎn)生所需的空間差模信號外，通常還會(huì )產(chǎn)生以下幾種誤差：

　?。ǎ保?得到補償的磁場(chǎng)偏置。該誤差源主要來(lái)源于霍爾片靈敏度的不匹配、霍爾片偏置電流的不匹配以及穿過(guò)偏置磁鐵表面的磁通密度發(fā)生變化等因素。

　?。ǎ玻?霍爾片固有失調。這種情況源于霍爾片接觸面不平造成的未對準、生產(chǎn)廠(chǎng)商要求的霍爾片擴散的公差不一致、以及封裝的機械壓力所引起的局部平坦度變化等。

　?。ǎ常?霍爾單元受溫度靈敏度的影響。這種影響大約為４５０～