高度可靠的霍耳傳感器接口集成方案

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹霍耳傳感器，特別是汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域的2線(xiàn)、霍耳數字開(kāi)關(guān)的應用。詳細介紹了利用完全集成的霍耳傳感器接口在汽車(chē)和工業(yè)應用中增加診斷功能和可靠保護的方法，本文提供了對地電位偏差承受能力的測試結果。

引言

霍耳效應的原理是磁場(chǎng)與導體中流過(guò)的電流相垂直時(shí)，流過(guò)電流的導體兩側會(huì )出現電勢差。

霍耳效應傳感器基于這一原理檢測磁場(chǎng)的變化，輸出與之成比例變化的電壓，可以實(shí)現無(wú)接觸檢測，因此能夠實(shí)現可靠的封裝，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(chē)領(lǐng)域，從車(chē)窗升降和天窗控制電機速度的調節到車(chē)門(mén)開(kāi)/關(guān)檢測及鑰匙點(diǎn)火系統。

霍耳傳感器的類(lèi)型

目前有各種類(lèi)型的霍耳傳感器，例如3線(xiàn)和2線(xiàn)數字傳感器、線(xiàn)性傳感器、電流傳感器以及雙極性或單極性數字開(kāi)關(guān)等。2線(xiàn)傳感器有兩個(gè)連接點(diǎn)：電源/輸出和地，3線(xiàn)傳感器的電源和輸出采用單獨的連接點(diǎn)。

2線(xiàn)霍耳數字開(kāi)關(guān)通常用于汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域，在這類(lèi)應用中，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?；舳鷤鞲衅鞴ぷ鲿r(shí)總會(huì )吸收一定的電流，這種電流模式信號抗噪聲能力較強，有助于進(jìn)行簡(jiǎn)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(chǎng)。電流電平會(huì )因為不同的傳感器廠(chǎng)商而有所差異，但低電平范圍一般在5mA至8mA (沒(méi)有磁場(chǎng))，高電平范圍在11mA至14mA (有磁場(chǎng))。

霍耳傳感器接口

MAX9921是首款用于2線(xiàn)霍耳數字開(kāi)關(guān)與微控制器接口的集成方案。它具有兩個(gè)獨立通道，為兩個(gè)傳感器提供電流通路，監測電流電平，每個(gè)通道通過(guò)開(kāi)漏輸出為微控制器產(chǎn)生一路數字輸出，圖1所示為器件結構圖和典型應用電路。


圖1. MAX9921結構圖和典型應用電路

作為一款高靠性IC，MAX9921設計用于惡劣的工作環(huán)境，例如工業(yè)和汽車(chē)等應用。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(拋負載)?；舳斎攵?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/集成">集成了對地短路保護、電源短路保護以及高達±15kV的靜電放電(ESD)保護功能。內部輸入保護電路省去了外部電路，從而降低成本和空間。

MAX9921的兩個(gè)通道獨立工作，器件對每路輸入提供診斷和故障保護。診斷模式下，診斷輸出結合兩個(gè)獨立通道輸出，提供基本的診斷信息，監視傳感器的工作狀態(tài)。診斷功能包括：輸入開(kāi)路(沒(méi)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(wú)需固件執行這一功能，也不需要微控制器的模/數轉換器(ADC)測量霍耳電流。