利用TLE4921-5U設(shè)計(jì)差分霍爾速度傳感器

1. 概述

　　霍爾效應(yīng)是常用的傳感器感應(yīng)技術(shù)之一，在汽車領(lǐng)域可以用于檢測(cè)速度，角度，位移等。其中速度檢測(cè)通常用差分式霍爾傳感器。

　　速度傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)除需要滿足系統(tǒng)電氣要求外，還需要結(jié)合其實(shí)際使用環(huán)境如目標(biāo)輪齒距，磁場(chǎng)強(qiáng)度，是否需要振動(dòng)抑制算法，轉(zhuǎn)速范圍等。因此要設(shè)計(jì)好一款適合該系統(tǒng)應(yīng)用的傳感器，采集目標(biāo)輪信息是很有必要的。

　　本文介紹如何利用TLE491-5U產(chǎn)品特性進(jìn)行目標(biāo)輪信息采集，通過分析傳感器差分磁場(chǎng)信號(hào)，并結(jié)合傳感器算法來選擇適合應(yīng)用的產(chǎn)品。

　　2. TLE4921-5U介紹

　　TLE4921-5U是基于霍爾原理的差分速度傳感器，具有高靈敏度以及優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性和對(duì)稱的閾值以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的占空比，通過測(cè)量磁通量的變化來檢測(cè)目標(biāo)輪的運(yùn)動(dòng)以及參考位置，可用于轉(zhuǎn)速測(cè)量如輪速，變速箱速度，曲軸速度等。

　　如圖1所示，TLE4921-5U主要由電源調(diào)整電路，霍爾探頭，差分放大器，偏差補(bǔ)償濾波器，施密特觸發(fā)器以及集電極開路輸出組成。

　　TLE4921-5U霍爾探頭之間距離2.5mm，差分霍爾探頭檢測(cè)到磁場(chǎng)變化并產(chǎn)生差分信號(hào)，差分信號(hào)包含直流信號(hào)以及交流信號(hào)，差分信號(hào)經(jīng)過高通濾波器及外部電容處理后可以消除直流偏移分量，交流信號(hào)通過比較Bop和Brp來控制開漏極電路的開通和關(guān)閉。

　　圖1： TLE4921-5U系統(tǒng)框圖

　　如圖2是霍爾速度傳感器差分信號(hào)產(chǎn)生及處理示意圖，集成在芯片背面的磁鐵提供傳感器工作需要的恒定磁場(chǎng)，對(duì)于霍爾效應(yīng)傳感器，常用的背磁磁性材料主要有NdFeB，SmCo等稀土材料。當(dāng)兩個(gè)霍爾探頭檢測(cè)到相同磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，無論磁場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)弱，其差值均為零，此時(shí)差分霍爾傳感器感應(yīng)到的信號(hào)為零。當(dāng)兩個(gè)霍爾探頭檢測(cè)到磁場(chǎng)變化時(shí)，便產(chǎn)生差分信號(hào)。差分信號(hào)幅值受差分磁場(chǎng)強(qiáng)度影響，差分磁場(chǎng)信號(hào)越強(qiáng)，則產(chǎn)生的差分信號(hào)越強(qiáng)，反之越弱。信號(hào)處理過程中，當(dāng)差分信號(hào)超過ΔBrp時(shí)，集電極輸出電路關(guān)斷，此時(shí)輸出端被上拉電阻上拉至電源電壓，輸出為高電平。當(dāng)差分信號(hào)小于ΔBop時(shí)，集電極輸出電路開路，此時(shí)由于集電極內(nèi)阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上拉電阻，輸出端被拉低到地，輸出為低電平。

　　圖2：傳感器信號(hào)產(chǎn)生及處理

　　3．應(yīng)用電路

　　前文已經(jīng)談到在信號(hào)處理過程中，芯片內(nèi)部集成的高通濾波器，利用外部電容，通過一個(gè)時(shí)間常數(shù)后將差分信號(hào)調(diào)整到零點(diǎn)。因此當(dāng)TLE4921-5U作為速度傳感器使用時(shí)，外部濾波電容起到信號(hào)處理作用，電容異常將會(huì)影響到切換閾值，最終影響到數(shù)字輸出信號(hào)。當(dāng)TLE4921-5U用于傳感器差分模擬量信號(hào)采集時(shí)，則不需要使用該濾波電容。

　　如圖3為TLE4921-5U用于采集傳感器差分信號(hào)的應(yīng)用電路，管腳定義從左往右分別為電源，輸出，地以及參考電容端。傳感器1腳電源端和3腳地之間連接12V電源，2腳輸出端懸空，4腳參考電容端不接電容，示波器差分探頭連接參考電容端及地，用于測(cè)量差分信號(hào)。選擇阻抗大于10兆歐