霍爾速度傳感器原理及算法介紹

　　摘要：本文主要簡(jiǎn)單介紹英飛凌霍爾系列傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域速度檢測方面的應用。

　　隨著(zhù)汽車(chē)電子的發(fā)展,現代汽車(chē)裝配有各種傳感器,如角度傳感器，位置傳感器，轉速傳感器等。這些傳感器將各種輸入參量轉化為電信號,用于調節和控制發(fā)動(dòng)機管理系統、安全系統和舒適性系統等。霍爾效應是比較理想的磁性感應技術(shù)，通過(guò)檢測磁場(chǎng)及其變化，轉化成電信號用于檢測速度，位置，角度等。霍爾傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)，如結構簡(jiǎn)單，魯棒性好，可靠性高，壽命長(cháng)，功耗低，溫度范圍廣，抗干擾能力強，耐灰塵油污腐蝕等。

　　工作原理

　　信號偏移處理

　　在現代汽車(chē)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。因此必須對霍爾傳感器進(jìn)行溫度補償。

　　除溫度影響外，霍爾元件還容易受到機械應力，焊接或者封裝影響，且由于半導體工藝的波動(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，造成信號的偏差和漂移。通過(guò)chopper主動(dòng)誤差補償方法可以消除信號路徑產(chǎn)生的偏移、機械應力對霍爾探頭影響以及焊接注塑等工藝對封裝的影響所帶來(lái)的偏差和漂移。

　　霍爾探頭輸出信號主要由三部分組成：工藝造成的差異，機械應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，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旋轉90°。由圖1可以看出，通過(guò)旋轉電流方法，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(guò)代數方法很容易消除掉信號的偏差及漂移?！　?/p>

 

　　信號處理

　　霍爾速度傳感器主要由電源電壓調整電路，霍爾探頭，放大器，濾波器，比較器，數字信號處理電路，AD轉換器，DA轉換器等組成?；魻柼筋^檢測到的磁場(chǎng)信號經(jīng)過(guò)放大器放大并經(jīng)過(guò)低通濾波器后由AD轉換器轉換成數字信號。AD轉換器，數字信號處理電路以及DA轉換器組成閉環(huán)回路，信號數字化后進(jìn)入數字信號處理電路中，處理電路會(huì )檢測信號上升或者下降瞬態(tài)情況并相應觸發(fā)輸出信號，同時(shí)還會(huì )檢測信號最大最小值并計算其平均值，該平均值通過(guò)DA轉換后反饋到輸入信號中用于補償磁場(chǎng)信號偏移。比較器用于比較磁滯信號，信號會(huì )根據不同磁滯算法進(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(chē)級,I代表工業(yè)級,V代表消費級。數字49代表霍爾感應原理，50代表iGMR感應原理，51代表AMR感應原理。最后兩位數字代表其應用。英飛凌霍爾速度傳感器可以應用在輪速，變速箱速度，凸輪軸和曲軸速度及位置檢測等。

　　在信號輸出方面，主要有兩線(xiàn)制電流式和三線(xiàn)制電壓式兩種。兩線(xiàn)制電流式輸出電流信號在7mA和14mA這兩個(gè)電流上變換。圖2是典型的兩線(xiàn)制電流式傳感器應用電路?！　?/p>