高度可靠的霍耳傳感器接口集成方案

摘要：本文簡要介紹霍耳傳感器，特別是汽車和工業領域的2線、霍耳數字開關的應用。詳細介紹了利用完全集成的霍耳傳感器接口在汽車和工業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與導體中流過的電流相垂直時，流過電流的導體兩側會出現電勢差。

霍耳效應傳感器基于這一原理檢測磁場的變化，輸出與之成比例變化的電壓，可以實現無接觸檢測，因此能夠實現可靠的封裝，不受環境因素的影響。

由于在惡劣環境中具有較高的可靠性，霍耳傳感器被普遍用于工業和汽車領域，從車窗升降和天窗控制電機速度的調節到車門開/關檢測及鑰匙點火系統。

霍耳傳感器的類型

目前有各種類型的霍耳傳感器，例如3線和2線數字傳感器、線性傳感器、電流傳感器以及雙極性或單極性數字開關等。2線傳感器有兩個連接點：電源/輸出和地，3線傳感器的電源和輸出采用單獨的連接點。

2線霍耳數字開關通常用于汽車和工業領域，在這類應用中，抗噪聲能力非常關鍵，要求霍耳傳感器與相關電子器件之間的電氣隔離。霍耳傳感器工作時總會吸收一定的電流，這種電流模式信號抗噪聲能力較強，有助于進行簡單診斷。

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。電流電平會因為不同的傳感器廠商而有所差異，但低電平范圍一般在5mA至8mA (沒有磁場)，高電平范圍在11mA至14mA (有磁場)。

霍耳傳感器接口

MAX9921是首款用于2線霍耳數字開關與微控制器接口的集成方案。它具有兩個獨立通道，為兩個傳感器提供電流通路，監測電流電平，每個通道通過開漏輸出為微控制器產生一路數字輸出，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境，例如工業和汽車等應用。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)。霍耳輸入端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。診斷功能包括：輸入開路(沒有接傳感器)、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。