摘要：汽車磁傳感器的發(fā)展需要考慮技術(shù)和系統(tǒng)兩個(gè)方面。本文首先對(duì)技術(shù)問(wèn)題提出了總的看法，之后對(duì)現(xiàn)代車輛穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)。從這兩個(gè)方面出發(fā)，本文定義了新一代智能霍爾傳感器的技術(shù)和要求,并對(duì)新一代智能霍爾傳感器的有關(guān)結(jié)論進(jìn)行了描述。
　　
　　磁傳感器技術(shù)
　　
　　ABS對(duì)安全至關(guān)重要，所以四個(gè)車輪的輪速信號(hào)在所有情況下都必須高質(zhì)、可靠。用于檢測(cè)輪速的磁傳感器是一個(gè)關(guān)鍵部件。
　　
　　基于感應(yīng)線圈的磁傳感器仍廣泛用于汽車輪速的檢測(cè)。這種無(wú)源可變磁阻（VR）也被稱為感應(yīng)傳感器，在中速范圍內(nèi)提供廉價(jià)的轉(zhuǎn)速感應(yīng)技術(shù)。VR傳感器的輸出是正弦電壓，其幅度和頻率與轉(zhuǎn)速成比例。VR傳感器的一大局限在于不能感應(yīng)零速度。
　　
　　為克服這一局限，有源半導(dǎo)體的磁傳感器迅速替代了VR方法。只有它們能夠滿足市場(chǎng)對(duì)高精度、高性能的更多需求。
　　
　　基于半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的測(cè)量速度和位置的磁傳感器，大致分為三種技術(shù),它們是巨磁阻（GMR）,磁阻（MR）和霍爾技術(shù)。
　　
　　基于GMR的感應(yīng)單元在磁震幅很低的情況下能提供很高的信號(hào)幅度，它們?yōu)楹罄m(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。它們有很高的靈敏度，不過(guò)有些地方仍需改進(jìn)。比如它在苛刻的環(huán)境中（如高溫）的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題；由于昂貴的GMR制成工藝所導(dǎo)致的單片集成費(fèi)用等。
　　
　　MR傳感器的磁阻與磁場(chǎng)密度成正比。目前用于輪速感應(yīng)的MR傳感器具有更好的靈敏度，其信噪比高于霍爾效應(yīng)傳感器2～3倍。但是MR傳感器的體積大，費(fèi)用比霍爾傳感器略高。
　　
　　與MR和GMR相比較，霍爾效應(yīng)的磁靈敏度zui小，但是霍爾效應(yīng)原理固有的集成性，能把磁霍爾板和集成電路結(jié)合在一個(gè)硅片上。這就使它在半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)量上得到良好的經(jīng)濟(jì)效益，可在價(jià)格方面上很有競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)把霍爾探頭嵌入混合信號(hào)的方法，可以補(bǔ)償其靈敏度相對(duì)較低的缺點(diǎn)，并把智能特征加到傳感器中。另外，感應(yīng)單元可集成在單片上，這是由于不再需要把信號(hào)通過(guò)幾毫米互連線傳輸?shù)搅硗獾碾娮与娐罚瑥亩黾恿丝節(jié)穸群涂闺姶偶嫒莸?ldquo;魯棒性”。霍爾傳感器的單片解決方案，因其部件少、連線少、環(huán)境的串?dāng)_比較小，而具有可靠性方面的優(yōu)勢(shì)。
　　
　　汽車系統(tǒng)
　　
　　磁感應(yīng)技術(shù)除了對(duì)精度和可靠性有很高的要求外，安裝及其隨后的機(jī)械變化是影響選擇磁傳感器的另一因素。正確安裝傳感器和編碼輪很關(guān)鍵。占空比的劇烈變化或脈沖的丟失都是不允許的，系統(tǒng)的相位抖動(dòng)必須降到zui小。系統(tǒng)必須能處理機(jī)械變化方面的問(wèn)題以確保在任何情況下不發(fā)生上述現(xiàn)象。
　　
　　為減小由傳感器或電線引起的噪聲和電磁干擾（EMI）影響，通常由電控單元（ECU）過(guò)濾來(lái)自傳感器的輪速信息，這樣限制了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)。所以傳感器的高抗噪聲和抗電磁兼容性便能放松了ECU內(nèi)部濾波器的限制,從而可以更地計(jì)算車速。
　　
　　除了速度信息以外，在汽車啟動(dòng)后使汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)（VDC）實(shí)施的轉(zhuǎn)動(dòng)方向之類的信息也極為重要。這種方向信息直接為前向驅(qū)動(dòng)條件啟動(dòng)VDC，它應(yīng)在無(wú)任何時(shí)延的情況下使用來(lái)自四車輪的傳感信號(hào)。
　　
　　車輪磁信號(hào)的幅度和質(zhì)量的更多信息，即使在功能簡(jiǎn)化的情況下也應(yīng)能給駕駛員提供警告指示。另外，這些信息也應(yīng)用于檢查和連續(xù)監(jiān)控傳感器和編碼輪子等的正確安裝。
　　
　　輪速傳感器與ECU的接口必須簡(jiǎn)單、價(jià)格合理，對(duì)于EMC和噪聲問(wèn)題必須可靠穩(wěn)定，以確保在系統(tǒng)環(huán)境下傳感器操作的安全。
　　
　　智能差分霍爾磁傳感器
　　
　　為實(shí)現(xiàn)上述要求，使用BiCMOS工藝的差分霍爾效應(yīng)集成電路（IC）被選作基本磁感應(yīng)單元。這種*的霍爾IC提供關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、裝配位置、現(xiàn)代車輛動(dòng)態(tài)控制和ABS之間限定氣隙的信息。此智能霍爾傳感器也可對(duì)ABS系統(tǒng)進(jìn)行診斷。
　　
　　這種傳感器無(wú)需外部組件便可正常操作,具有很高的動(dòng)態(tài)性能.該傳感器的截止頻率約為1Hz，限制了編碼輪子zui小速度的測(cè)量為2cm/s（48齒多極編碼輪）。
　　
　　傳感器輸出被設(shè)計(jì)成基于脈寬調(diào)制（PWM）的兩線電流接口，其原理示于圖1。其良好的精度和靈敏度在苛刻的汽車設(shè)計(jì)指標(biāo)下，也能滿足很寬的溫度范圍、穩(wěn)健的ESD、高彈性的EMC。
　　
　　霍爾效應(yīng)技術(shù)和運(yùn)行原理
　　
　　磁傳感器的核心是差分霍爾效應(yīng)IC，采用亞微米BiCMOS工藝。BiCMOS對(duì)混合信號(hào)而言是一個(gè)理想的選擇，它使數(shù)字CMOS部分的高密度封裝與雙極部分的EMI良好表現(xiàn)結(jié)合得十分。
　　
　　這種差分霍爾傳感器通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)的差分磁通密度檢測(cè)鐵磁或*磁輪子的運(yùn)動(dòng)。為檢測(cè)鐵磁齒輪的運(yùn)動(dòng)，必須通過(guò)后偏*磁鐵提供磁場(chǎng)。
　　
　　差分霍爾傳感器對(duì)于靜磁和機(jī)械失調(diào)有很好的抑制作用，具有*的自校準(zhǔn)算法，可進(jìn)一步減小失調(diào)。自校準(zhǔn)過(guò)程中只需要很少的過(guò)濾脈沖。初始自校準(zhǔn)序列后的每個(gè)磁輸入信號(hào)過(guò)零點(diǎn)都激發(fā)出一個(gè)輸出脈沖。
　　
　　除速度信號(hào)外，英飛凌（Infineon）公司所開(kāi)發(fā)的TLE4942-x系列,還通過(guò)PWM調(diào)制輸出脈沖長(zhǎng)度的變化來(lái)提供其他的信息。
　　
　　除此之外,以滿足亞太市場(chǎng)的不同需求,另外開(kāi)發(fā)了只提供速度信號(hào)的TLE4941-x系列。
　　
　　性能
　　
　　霍爾傳感器的整體性能與汽車環(huán)境相適應(yīng)：電路和封裝的工作溫度從-40到170℃，同時(shí)可允許峰值溫度在限定時(shí)間內(nèi)高達(dá)190℃。PWM電流接口在可靠的信息傳輸和低平均電耗之間做出教好的折衷選擇,既降低了功耗又zui大限度地減小了IC內(nèi)部的自熱效應(yīng)，因此可以允許更高的環(huán)境溫度。靜電釋放（ESD）的魯棒性能和抗電磁干擾（EMI）性能都符合汽車的嚴(yán)格要求。
　　
　　霍爾IC和輪速磁傳感器封裝
　　
　　霍爾傳感器的封裝是超薄雙列塑封。封裝表面和芯片表面間距僅0.3mm，以把IC封裝的工作氣隙縮減量降低到zui小。雙列引線盡可能地寬，以允許連接線直接焊接。為了增加EMI的魯棒性，還可以在引線之間安裝一個(gè)陶瓷電容。擁有這種EMI電容的霍爾傳感器和中央ECU提供的12V電壓一起組成zui終的磁傳感器，是不再需要其他元件。
　　
　　結(jié)語(yǔ)
　　
　　本文比較了當(dāng)今市場(chǎng)上輪速傳感器所使用的各種磁傳感器技術(shù),指出雖然和MR與GMR技術(shù)相比，霍爾傳感器所提供的電信號(hào)幅度是zui小的，但是仍能設(shè)計(jì)出滿足現(xiàn)代汽車環(huán)境和系統(tǒng)要求的傳感器。本文從電路、提高魯棒性和高性能的封裝等各方面對(duì)用于ABS的傳感器的工作原理做了詳細(xì)討論。該霍爾傳感器性能優(yōu)良,功能多，性價(jià)比競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)于整個(gè)亞太地區(qū)從現(xiàn)有的無(wú)源機(jī)械線圈過(guò)渡到有源方案，將起到至關(guān)重要的作用。