利用TLE4921-5U設(shè)計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)域可以用于檢測速度,角度,位移等。其中速度檢測通常用差分式霍爾傳感器。
速度傳感器在設(shè)計時除需要滿足系統(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,磁場強(qiáng)度,是否需要振動抑制算法,轉(zhuǎn)速范圍等。因此要設(shè)計好一款適合該系統(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信號,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)定性和對稱的閾值以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的占空比,通過測量磁通量的變化來檢測目標(biāo)輪的運(yùn)動以及參考位置,可用于轉(zhuǎn)速測量如輪速,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,差分霍爾探頭檢測到磁場變化并產(chǎn)生差分信號,差分信號包含直流信號以及交流信號,差分信號經(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,對于霍爾效應(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)兩個霍爾探頭檢測到相同磁場強(qiáng)度時,無論磁場強(qiáng)度強(qiáng)弱,其差值均為零,此時差分霍爾傳感器感應(yīng)到的信號為零。當(dāng)兩個霍爾探頭檢測到磁場變化時,便產(chǎn)生差分信號。差分信號幅值受差分磁場強(qiáng)度影響,差分磁場信號越強(qiáng),則產(chǎn)生的差分信號越強(qiáng),反之越弱。信號處理過程中,當(dāng)差分信號超過ΔBrp時,集電極輸出電路關(guān)斷,此時輸出端被上拉電阻上拉至電源電壓,輸出為高電平。當(dāng)差分信號小于ΔBop時,集電極輸出電路開路,此時由于集電極內(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:傳感器信號產(chǎn)生及處理
3.應(yīng)用電路
前文已經(jīng)談到在信號處理過程中,芯片內(nèi)部集成的高通濾波器,利用外部電容,通過一個時間常數(shù)后將差分信號調(diào)整到零點(diǎn)。因此當(dāng)TLE4921-5U作為速度傳感器使用時,外部濾波電容起到信號處理作用,電容異常將會影響到切換閾值,最終影響到數(shù)字輸出信號。當(dāng)TLE4921-5U用于傳感器差分模擬量信號采集時,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,用于測量差分信號。選擇阻抗大于10兆歐
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