abs系统用轮速的传感器ad22157.doc

ABS系统用轮速的传感器AD22157 ; AD22157是AD公司生产的一种基于霍尔效应的传感器,可作为车速传感器应用于汽车的ABS系统中。它具有较大的测速范围和较宽的使用温度范围,并且采用二线制电流操作,使用方便;还具有气隙诊断和反向电压保护功能。文中介绍了AD22157的内部结构及其工作原理,并对其误差源作了简要的说明。; 关键词:霍尔效应;差模信号;误差源;调制;AD22157; 1 概述; AD22157是一种混合信号磁场转换器,它具有很大的测速范围(0~2500Hz)和较宽的操作温度范围(-40~150℃),同时具有二线制电流操作、气隙诊断和反向电压保护(-30V)等一系列特性。它可在较大的车速范围内对汽车铁磁性目标轮进行车速与转动方向的测量。此外,还可在传送系统作传输速度的测量、接近测量、位移测量等。; AD22157的结构框图如图1所示。; 2 AD22157的主要特性; AD22157采用二线制电流回路操作方式,适于在-40~150℃的温度范围、+20V直流供电情况下持续工作,且在瞬时电压高达+27V时仍能维持正常工作。; AD22157轮速传感器的输出电流脉冲为7mA或14mA(静止偏置值为7mA)该传感器的输出电流脉冲的上升沿可准确定位于目标轮的轮毂。输出脉冲宽度则可由目标轮的运动方向和磁场强度来决定,并可按照主流系统制造商所推荐的现行工业标准编码为一组根据目标轮的运动方向和磁场强度预先定义的时间间隔。; 它的脉冲宽度可根据所测量的差模磁场强度的不同而有所不同:ΔBgt;4mT(正常磁场)、2mTlt;ΔBlt;4mT(低磁范围)、ΔBlt;2mT(极低磁范围)三种不同磁场中具有不同的宽度输出。另外,在正常和低磁情况下,它还可提供车轮转动方向的测量。; 在不同磁场强度范围下,其输出脉冲宽度的情况如图2所示。; 在初始上电、目标轮停止或其它原因造成检测不到动态信号时,一个安全停止的失败信号就会以大约1.5Hz的频率重复产生。; AD22157传感器内部集成有霍尔单元,并有相应的电路来减小霍尔器件参数的温漂,在与SmCo磁铁搭配使用时,该器件的补偿效果最佳。该结构充分发挥了CMOS电路线性度高和DMOS电路电压高的优点,因而能够使传感器在要求的环境下准确工作。; AD22157还包括一个适应性的差模过零检测器,它能准确地检测出目标轮轮毂的位置。此结构减小了由于封装和温度对霍尔传感器阵列所造成的、使其输出脉冲的上升沿与上升沿之间时间间隔存在2%偏差的影响。; 为保证测量的精确度,AD22157舍弃了每次上电时或停止时的4个脉冲沿。它采用数字信号处理技术来增强功能,同时可减少在EMC极限条件下可能产生的伪脉冲或脉冲丢失现象。; AD22157采用单列5脚(SIP)的封装形式,十分适合于作为车速传感器使用,它可方便地与一个安放在其后的偏置磁铁进行装配。 AD22157的封装形式如图3所示。; AD22157的主要极限参数如下:; 最大电源电压:+27V;; 最大输出电流(管脚2):18mA;; 工作温度范围:-40~150℃;; 片芯最高温度:190℃。; 3 原理与应用; 3.1 工作原理; AD22157轮速传感器实际上是一个二线制电流调制传送器,它可根据磁场在空间的差模变化产生相应的电流脉冲。在其应用于轮速传感器时,它所探测到的磁场是一个放置于其后面的永久磁铁和位于传感器前端、目标轮上的铁制凹槽标记相互作用产生的。在这种条件下,传感器必须抵消恒定的磁场偏置,并放大差模调制磁场,从而准确判断目标轮的转动情况。; 3.2 信号检测原理; AD22157轮速传感器采用集成在硅衬底上的霍尔片结构来对磁场进行空间差模测量,从而抵消了偏置磁场的影响。此霍尔结构由直线排列的三组霍尔单元构成,可用于一些不窄于5mm的锯齿或凹槽输出对应的正交信号。; 每组霍尔单元都由4个独立的、直径为200μm、排列成空间十字形的霍尔片并联构成(如图4所示)。此排列方式有利于减轻使用时逐渐增加的倾斜度对霍尔信号电压造成的影响。; 霍尔阵列由三组匹配的电流源供电,在此电流下的灵敏度为5μV/Gauss。三组霍尔效应传感器可分为两组,并分别与仪器放大器相连,中间的霍尔片同时与两个放大器相连。这种结构可使两组空间差模磁场信号转变为电信号,其峰—峰值与差模磁场信号和霍尔片偏置电流成正比。; 因此,如果霍尔阵列与车轮斜度相匹配,那么,AD22157中的空间差模阵列所测得的霍尔信号将按正弦规律变化。; 3.3 信号调制前的误差源; 霍尔传感器除了可以产生所需的空间差模信号外,通常还会产生以下几种误差:; (1) 得到补偿的磁场偏置。该误差源主要来源于霍尔片灵敏度的不匹配、霍尔片偏置电流的不匹配以及穿过偏置磁铁表面的磁通密度发生变化等因素。; (