霍尔速度传感器原理及算法介绍

　　摘要：本文主要简单介绍英飞凌霍尔系列传感器在汽车领域速度检测方面的应用。

　　随着汽车电子的发展,现代汽车装配有各种传感器,如角度传感器，位置传感器，转速传感器等。这些传感器将各种输入参量转化为电信号,用于调节和控制发动机管理系统、安全系统和舒适性系统等。霍尔效应是比较理想的磁性感应技术，通过检测磁场及其变化，转化成电信号用于检测速度，位置，角度等。霍尔传感器具有许多优点，如结构简单，鲁棒性好，可靠性高，寿命长，功耗低，温度范围广，抗干扰能力强，耐灰尘油污腐蚀等。

　　工作原理

　　信号偏移处理

　　在现代汽车领域，往往要求传感器模块工作在-40℃至150℃范围，有些甚至要求工作在175℃。一方面磁性材料会受到温度影响，另外霍尔探头本身也有温度效应。因此必须对霍尔传感器进行温度补偿。

　　除温度影响外，霍尔元件还容易受到机械应力，焊接或者封装影响，且由于半导体工艺的波动造成产品之间存在差异，如霍尔材料或者厚度不均匀等，造成信号的偏差和漂移。通过chopper主动误差补偿方法可以消除信号路径产生的偏移、机械应力对霍尔探头影响以及焊接注塑等工艺对封装的影响所带来的偏差和漂移。

　　霍尔探头输出信号主要由三部分组成：工艺造成的差异，机械应力误差以及霍尔电压。这三部分只有霍尔电压才是有用的信号，其余部分是需要消除掉的偏差。

　　如图1所示,在阶段1电流自上而下流入霍尔探头，从右到左采样霍尔电压。在阶段2电流从左往右流入霍尔探头，从上往下采样霍尔电压。同样的，在阶段3和阶段4输入电流和输出电压继续旋转90°。由图1可以看出，通过旋转电流方法，只是改变了偏差的方向，而不会改变霍尔电压的方向。通过代数方法很容易消除掉信号的偏差及漂移。　　

 

　　信号处理

　　霍尔速度传感器主要由电源电压调整电路，霍尔探头，放大器，滤波器，比较器，数字信号处理电路，AD转换器，DA转换器等组成。霍尔探头检测到的磁场信号经过放大器放大并经过低通滤波器后由AD转换器转换成数字信号。AD转换器，数字信号处理电路以及DA转换器组成闭环回路，信号数字化后进入数字信号处理电路中，处理电路会检测信号上升或者下降瞬态情况并相应触发输出信号，同时还会检测信号最大最小值并计算其平均值，该平均值通过DA转换后反馈到输入信号中用于补偿磁场信号偏移。比较器用于比较磁滞信号，信号会根据不同磁滞算法进行切换。

　　英飞凌霍尔速度传感器介绍

　　英飞凌以TLE49XX命名霍尔系列传感器,其中字母E代表汽车级,I代表工业级,V代表消费级。数字49代表霍尔感应原理，50代表iGMR感应原理，51代表AMR感应原理。最后两位数字代表其应用。英飞凌霍尔速度传感器可以应用在轮速，变速箱速度，凸轮轴和曲轴速度及位置检测等。

　　在信号输出方面，主要有两线制电流式和三线制电压式两种。两线制电流式输出电流信号在7mA和14mA这两个电流上变换。图2是典型的两线制电流式传感器应用电路。