磁阻傳感器在汽車(chē)中的應用研究

　　要開(kāi)發(fā)傳感器系統，首先必須對預期的磁輸入信號有一個(gè)總體了解。首先要了解編碼器輪和傳感器頭上永磁體的標準規格，以及預期尺寸和公差。通過(guò) ANSYS 方法進(jìn)行 FEM 仿真可確定磁場(chǎng)。這里就有對編碼器輪、傳感器元件和磁體進(jìn)行建模的問(wèn)題(圖 5)。然后便可根據傳感器元件和編碼器輪之間的距離，確定與之呈函數關(guān)系的磁場(chǎng)強度。圖 6 是傳感器橋上的磁輸入信號與距離呈函數關(guān)系的三維圖示。很容易看出輸入信號呈正弦曲線(xiàn)，信號振幅隨距離增加而明顯減小。除了距離之外，位置偏離也會(huì )導致振幅減小。例如，如果傳感器頭不在編碼器輪前面的中心位置，那么信號振幅也會(huì )減小。根據 FEM仿真方法，這樣也可將機械規范轉化成預期磁變量。與氣隙變化不同，傾斜會(huì )導致偏移，這同樣會(huì )影響系統的正常運轉。FEM 仿真也可以預估其造成的影響(圖 7)，而且結果可直接轉化為可容許的位置公差。

　　確定磁場(chǎng)之后是傳感器系統仿真。AMR 元件的電阻變化是各向異性磁阻效應的直接結果。這樣，磁場(chǎng)仿真的結果會(huì )導致代表信號處理中輸入信號的電阻發(fā)生變化。對模擬前端進(jìn)行建?？刹捎?Simulink。這種行為模型是概念設計的產(chǎn)物，標志著(zhù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的起點(diǎn)。每個(gè) Simulink 塊對應一個(gè)模擬信號處理組件，例如放大器或過(guò)濾器。但是，尚未考慮模擬組件的控制部分，這由數字系統實(shí)現。HDL 設計則仿真通過(guò)數字方法實(shí)現的功能，而且在完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之后就會(huì )最終成形。因此，整體系統仿真是 Simulink 對模擬組件的行為模型以及 ModelSim 對 HDL 設計的共同仿真(圖8)?？赏ㄟ^(guò)仿真從概念階段順利過(guò)渡到 HDL 設計及后續階段。在共同仿真中，可用 ModelSim 中部署的 Verilog 代碼逐漸代替 Simulink 參考模型，從而可逐項驗證 HDL 設計?？沙掷m進(jìn)行此過(guò)程，直到在 Verilog 中實(shí)現整個(gè)數字部件，而模擬系統部件仍保持為 Simulink 模型。此工具組合也已證明對 IC 評估同樣有用。自始至終使用這種工具可以更容易理解 IC 行為，并可創(chuàng )建用來(lái)分析和解釋任何錯誤的框架。這些工具的主要好處在于，能夠更快速、更準確地答復客戶(hù)的查詢(xún)，以及更好地了解與環(huán)境條件相關(guān)的傳感器功能。

　　圖 6 與傳感器頭和編碼器輪間距離呈函數關(guān)系的磁輸入信號模擬

　　圖 7 為確定可容許的位置公差而進(jìn)行的磁場(chǎng)計算

　　圖 8 模擬前端和數字塊的共同仿真