霍爾速度傳感器原理及算法介紹

　　摘要：本文主要簡單介紹英飛凌霍爾系列傳感器在汽車領域速度檢測方面的應用。

　　隨著汽車電子的發展,現代汽車裝配有各種傳感器,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,用于調節和控制發動機管理系統、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，通過檢測磁場及其變化，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點，如結構簡單，魯棒性好，可靠性高，壽命長，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

　　在現代汽車領域，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造成產品之間存在差異，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chopper主動誤差補償方法可以消除信號路徑產生的偏移、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，通過旋轉電流方法，只是改變了偏差的方向，而不會改變霍爾電壓的方向。通過代數方法很容易消除掉信號的偏差及漂移。　　

 

　　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。霍爾探頭檢測到的磁場信號經過放大器放大并經過低通濾波器后由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轉換器組成閉環回路，信號數字化后進入數字信號處理電路中，處理電路會檢測信號上升或者下降瞬態情況并相應觸發輸出信號，同時還會檢測信號最大最小值并計算其平均值，該平均值通過DA轉換后反饋到輸入信號中用于補償磁場信號偏移。比較器用于比較磁滯信號，信號會根據不同磁滯算法進行切換。

　　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代表汽車級,I代表工業級,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，主要有兩線制電流式和三線制電壓式兩種。兩線制電流式輸出電流信號在7mA和14mA這兩個電流上變換。圖2是典型的兩線制電流式傳感器應用電路。