ABS系統(tǒng)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(yīng)的傳感器，可作為車速傳感器應(yīng)用于汽車的ABS系統(tǒng)中。它具有較大的測(cè)速范圍和較寬的使用溫度范圍，并且采用二線制電流操作，使用方便；還具有氣隙診斷和反向電壓保護(hù)功能。文中介紹了AD22157的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理，并對(duì)其誤差源作了簡(jiǎn)要的說明。

關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng)；差模信號(hào)；誤差源；調(diào)制；AD22157

１　概述

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

　?。粒模玻玻保担返慕Y(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

２?。粒模玻玻保担返闹饕匦?/P>

　　ＡＤ２２１５７采用二線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(xù)工作，且在瞬時(shí)電壓高達(dá)＋２７Ｖ時(shí)仍能維持正常工作。

　?。粒模玻玻保担份喫?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/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(zhǔn)確定位于目標(biāo)輪的輪轂。輸出脈沖寬度則可由目標(biāo)輪的運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度來決定，并可按照主流系統(tǒng)制造商所推薦的現(xiàn)行工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編碼為一組根據(jù)目標(biāo)輪的運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度預(yù)先定義的時(shí)間間隔。

　　它的脈沖寬度可根據(jù)所測(cè)量的差模磁場(chǎng)強(qiáng)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，它還可提供車輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向的測(cè)量。

　　在不同磁場(chǎng)強(qiáng)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(biāo)輪停止或其它原因造成檢測(cè)不到動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，一個(gè)安全停止的失敗信號(hào)就會(huì)以大約１．５Ｈｚ的頻率重復(fù)產(chǎn)生。

　?。粒模玻玻保担穫鞲衅鲀?nèi)部集成有霍爾單元，并有相應(yīng)的電路來減小霍爾器件參數(shù)的溫漂，在與ＳｍＣｏ磁鐵搭配使用時(shí)，該器件的補(bǔ)償效果最佳。該結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了ＣＭＯＳ電路線性度高和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(zhǔn)確工作。

　　ＡＤ２２１５７還包括一個(gè)適應(yīng)性的差模過零檢測(cè)器，它能準(zhǔn)確地檢測(cè)出目標(biāo)輪輪轂的位置。此結(jié)構(gòu)減小了由于封裝和溫度對(duì)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(cè)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(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來增強(qiáng)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(xiàn)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。

　ＡＤ２２１５７的主要極限參數(shù)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(yīng)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)二線制電流調(diào)制傳送器，它可根據(jù)磁場(chǎng)在空間的差模變化產(chǎn)生相應(yīng)的電流脈沖。在其應(yīng)用于輪速傳感器時(shí)，它所探測(cè)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(biāo)輪上的鐵制凹槽標(biāo)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(diào)制磁場(chǎng)，從而準(zhǔn)確判斷目標(biāo)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

３．２ 信號(hào)檢測(cè)原理

　　ＡＤ２２１５７輪速傳感器采用集成在硅襯底上的霍爾片結(jié)構(gòu)來對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行空間差模測(cè)量，從而抵消了偏置磁場(chǎng)的影響。此霍爾結(jié)構(gòu)由直線排列的三組霍爾單元構(gòu)成，可用于一些不窄于５ｍｍ的鋸齒或凹槽輸出對(duì)應(yīng)的正交信號(hào)。

　　每組霍爾單元都由４個(gè)獨(dú)立的、直徑為２００μｍ、排列成空間十字形的霍爾片并聯(lián)構(gòu)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(duì)霍爾信號(hào)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(yīng)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(jié)構(gòu)可使兩組空間差模磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，其峰—峰值與差模磁場(chǎng)信號(hào)和霍爾片偏置電流成正比。

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

３．３ 信號(hào)調(diào)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(hào)外，通常還會(huì)產(chǎn)生以下幾種誤差：

　　（１） 得到補(bǔ)償?shù)拇艌?chǎng)偏置。該誤差源主要來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(diào)。這種情況源于霍爾片接觸面不平造成的未對(duì)準(zhǔn)、生產(chǎn)廠商要求的霍爾片擴(kuò)散的公差不一致、以及封裝的機(jī)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～