磁阻傳感器在汽車中的應用研究

　　要開發傳感器系統，首先必須對預期的磁輸入信號有一個總體了解。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 ANSYS 方法進行 FEM 仿真可確定磁場。這里就有對編碼器輪、傳感器元件和磁體進行建模的問題(圖 5)。然后便可根據傳感器元件和編碼器輪之間的距離，確定與之呈函數關系的磁場強度。圖 6 是傳感器橋上的磁輸入信號與距離呈函數關系的三維圖示。很容易看出輸入信號呈正弦曲線，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，傾斜會導致偏移，這同樣會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，磁場仿真的結果會導致代表信號處理中輸入信號的電阻發生變化。對模擬前端進行建模可采用 Simulink。這種行為模型是概念設計的產物，標志著產品開發的起點。每個 Simulink 塊對應一個模擬信號處理組件，例如放大器或過濾器。但是，尚未考慮模擬組件的控制部分，這由數字系統實現。HDL 設計則仿真通過數字方法實現的功能，而且在完成產品開發之后就會最終成形。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)。可通過仿真從概念階段順利過渡到 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。可持續進行此過程，直到在 Verilog 中實現整個數字部件，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，并可創建用來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、更準確地答復客戶的查詢，以及更好地了解與環境條件相關的傳感器功能。

　　圖 6 與傳感器頭和編碼器輪間距離呈函數關系的磁輸入信號模擬

　　圖 7 為確定可容許的位置公差而進行的磁場計算

　　圖 8 模擬前端和數字塊的共同仿真