CH504/CH504C及輪速傳感器芯片介紹

Infineon公司的霍爾效應(yīng)傳感器TLE4942-1C 設(shè)計(jì)為現(xiàn)代汽車動(dòng)態(tài)控制和 ABS 提供轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、總成位置和限位氣隙相關(guān)信息。輸出設(shè)計(jì)為基于脈寬調(diào)制 (PWM) 原理的雙線電流接口。

傳感器運(yùn)行無(wú)需外部組件，具有快速啟動(dòng)時(shí)間和低截止頻率。 優(yōu)秀精度和靈敏度可以滿足嚴(yán)苛汽車要求，具有寬溫度范圍、高 ESD 魯棒性和高 EMC 恢復(fù)力。

采用先進(jìn) BiCMOS 技術(shù)，單片集成有源傳感器區(qū)以及信號(hào)調(diào)節(jié)。

最后，優(yōu)化壓電補(bǔ)償和集成動(dòng)態(tài)偏移補(bǔ)償降低制造難度，消除磁場(chǎng)偏移。

TLE4942-1C 額外配備超模壓 1.8 nF 電容器，增強(qiáng) EMI 性能。

特征描述

雙線 PWM 電流接口

轉(zhuǎn)向檢測(cè)

氣隙診斷

總成位置診斷

動(dòng)態(tài)自校準(zhǔn)原理

單芯片解決方案

無(wú)需外部組件

高靈敏度

南北極預(yù)感應(yīng)

對(duì)壓電效應(yīng)具有高抗性

工作氣隙大

寬的工作溫度范圍

TLE4942-1C：1.8 nF 超模壓電容器

潛在應(yīng)用

帶方向檢測(cè)的車輪速度應(yīng)用

目前受國(guó)際大環(huán)境影響，TLE4942缺貨比較嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)廠家推出了相應(yīng)的替代產(chǎn)品，下面我們來(lái)了解一下知名半導(dǎo)體廠商意瑞半導(dǎo)體的產(chǎn)品及相關(guān)輸出協(xié)議：

1. 簡(jiǎn)介

意瑞半導(dǎo)體的輪速傳感器芯片提供了幾種不同的輸出協(xié)議，每種輸出協(xié)議對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)都有一些區(qū)別，對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景以及程序需求。根據(jù)特定情況選取一個(gè)合適的輪速傳感器輸出協(xié)議非常重要。本文會(huì)介紹不同輸出協(xié)議的區(qū)別及優(yōu)劣勢(shì)，如表1，總結(jié)了最常用的幾種輪速傳感器的輸出協(xié)議。（*產(chǎn)品型號(hào)尾綴“C”的版本代表內(nèi)置電容。）

表1 輪速傳感器芯片輸出協(xié)議總結(jié)

*產(chǎn)品型號(hào)尾綴“C”的版本代表內(nèi)置電容。

2. 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

輪速傳感器在測(cè)量齒輪轉(zhuǎn)速時(shí)，被測(cè)量的運(yùn)動(dòng)部件會(huì)經(jīng)過(guò)傳感器的前端，引起磁力線密度的變化。標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是輪速傳感器中最簡(jiǎn)單的協(xié)議，CH503（C）內(nèi)置兩個(gè)霍爾盤(pán)，將霍爾盤(pán)間的差分信號(hào)調(diào)整并且放大，當(dāng)輸入信號(hào)越過(guò)其最大值和最小值的算術(shù)平均值時(shí)發(fā)生切換（例如正弦信號(hào)的過(guò)零點(diǎn))，即輸出從ON變?yōu)镺FF，反之亦然。一個(gè)有效的傳感器輸出只能處于OFF或ON兩種狀態(tài)，分別用低電流和高電流表示，最終輸出方波信號(hào)，如圖1所示。

圖1標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議輸出

對(duì)于只需要速度信息、不需要方向信息的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)的速度協(xié)議非常適合選用，在允許的氣隙范圍內(nèi)，方波信號(hào)的輸出都是很穩(wěn)定的，CH503（C）的占空比波動(dòng)小、延時(shí)較小，在高速的輪速下輸出參數(shù)依然穩(wěn)定有效。但是這種協(xié)議的缺點(diǎn)就是無(wú)法輸出其他信息，例如方向以及氣隙警告等。

3. PWM協(xié)議

PWM協(xié)議的電流與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議類似，電路中的開(kāi)和關(guān)狀態(tài)由高和低電流來(lái)表示。磁輸入信號(hào)的每一次過(guò)零都會(huì)觸發(fā)一個(gè)輸出脈沖，通常每個(gè)輪齒旋轉(zhuǎn)的周期會(huì)產(chǎn)生固定脈沖數(shù)，速度信息就可以根據(jù)輸出脈沖率提供，輸出信號(hào)的連續(xù)上升沿之間的間隔時(shí)間就是脈沖率。除了速度信號(hào)以外，還會(huì)通過(guò)PWM調(diào)制的方式改變輸出脈沖的寬度，從而提供更多的信息。

關(guān)于方向的定義，如圖2所示，CH504（C）芯片帶絲印的面朝向目標(biāo)齒輪，齒輪從芯片GND引腳側(cè)往VDD側(cè)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出脈沖傳遞的是DR-R的方向信息；而當(dāng)目標(biāo)齒輪從VDD側(cè)往GND側(cè)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出脈沖傳遞的是DR-L的信息。兩個(gè)方向信息以不同的脈沖寬度體現(xiàn)，可以幫助控制單元了解此時(shí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。同樣,如果氣隙超出臨界值的時(shí)候，脈沖寬度變化也會(huì)給出警告信息。具體的脈寬調(diào)制的寬度取決于傳感器芯片的編程。PWM協(xié)議的輸出波形如圖3所示。

圖2方向的定義

圖3PWM協(xié)議輸出

圖4 PWM協(xié)議不同脈寬傳遞的信息

相較于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，PWM協(xié)議不僅僅是提供速度信息，還有方向和氣隙警告等信息。車輪的正反轉(zhuǎn)判斷信息大大提高了輪速傳感器在智能方面的應(yīng)用。

4. AK協(xié)議

AK協(xié)議包含一個(gè)IHIGH的速度脈沖和后續(xù)的九位數(shù)據(jù)信息位，速度脈沖是提供齒輪的速度信息，后續(xù)的數(shù)據(jù)信息位提供更多的其他信息，例如方向以及氣隙信息等。這些數(shù)據(jù)信息位是曼徹斯特編碼，一幀數(shù)據(jù)內(nèi)，數(shù)據(jù)段的波形，若檢測(cè)到電流上升沿則表示數(shù)據(jù)1，電流下降沿表示數(shù)據(jù)0。編碼1和0由IMID和ILOW組成，可以看出AK協(xié)議的速度信號(hào)由三種電流構(gòu)成。

數(shù)據(jù)信息位的0和1代表了各自不同的信息，每一位數(shù)據(jù)信息位也有各自的信息，例如方向或者是氣隙警告。CH505（C）的輸出波形由圖3所示，AK協(xié)議數(shù)據(jù)信息如表2所示。

圖5 AK協(xié)議輸出波形

表2 CH505（C）的數(shù)據(jù)信息位含義

可以看出數(shù)據(jù)中包含了氣隙有效性、方向有效性與正反轉(zhuǎn)信息，這些單個(gè)數(shù)據(jù)可以在電控單元上被解碼，從而獲得具體狀態(tài)的信息。即便是靜止的狀態(tài)下(Standstill mode)，速度脈沖消失，但是后面的數(shù)據(jù)位依然能輸出，對(duì)于需要智能輪速傳感器的應(yīng)用十分重要。然而AK協(xié)議中由于傳輸消息的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，高速狀態(tài)下改為只輸出其中幾位數(shù)據(jù)位，所以目標(biāo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的最大速度可能會(huì)受到一定的限制。

5. 結(jié)論

本文就常見(jiàn)的幾種輪速傳感器的協(xié)議做了一些介紹，分析了它們的特點(diǎn)以及優(yōu)劣勢(shì)。不難看出，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，選擇一個(gè)更合適的輸出形式非常重要，協(xié)議的選擇是高度依賴于應(yīng)用程序的需求的?？梢愿鶕?jù)需求從CH50X系列中挑選標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、PWM協(xié)議、及AK協(xié)議三種輸出形式的輪速傳感器，更多詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息可以通過(guò)規(guī)格書(shū)來(lái)獲取。

審核編輯：劉清