英飛凌TLE49SR系列角度傳感器的原理和特性

以下文章來源于英飛凌汽車電子生態(tài)圈

隨著汽車電氣化的蓬勃發(fā)展，特別是SiC等器件在能量變換環(huán)節(jié)的大量使用，因高壓、高頻功率變換給車內(nèi)環(huán)境造成了大量雜散磁場干擾，主機(jī)廠和Tier 1 提出了對(duì)于DC雜散磁場的抑制能力達(dá)到 4000A/m (約5mT)的應(yīng)用指標(biāo) 。

基于這一需求，英飛凌在2024年推出了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的XENSIV TLE49SR角度傳感器系列。該角度傳感器無需任何屏蔽措施，即可實(shí)現(xiàn)高達(dá)8mT的抗雜散磁場干擾能力。同時(shí)，TLE49SR本身的測量精度可達(dá)到角度誤差小于1°，如果采用經(jīng)多點(diǎn)校準(zhǔn)（采用16個(gè)可變點(diǎn)或 32個(gè)等距點(diǎn)）構(gòu)建的片內(nèi)查找表可進(jìn)一步減小角度誤差至小于0.5°的水平，該功能有助于補(bǔ)償因制造過程中的機(jī)械偏差等原因造成的角度誤差。

TLE49SR系列角度傳感器根據(jù) ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，滿足功能安全等級(jí)ASIL-C，方便構(gòu)建系統(tǒng)級(jí)的ASIL-D功能安全目標(biāo)。該產(chǎn)品適用于電子助力轉(zhuǎn)向、車輛高度調(diào)平等汽車底盤等安全類系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用。

1 檢測原理

TLE49SR片內(nèi)內(nèi)置有4個(gè)平面霍爾，偵測垂直于芯片表面的磁場。對(duì)角放置的每2個(gè)霍爾形成1組差分霍爾（如下圖的Hall 1與Hall 3，Hall 2與Hall 4），外部雜散磁場（由綠色箭頭顯示）對(duì)差分霍爾形成的共模部分在運(yùn)算時(shí)被減去，而被測磁鐵的磁場形成的差模部分則被保留，芯片后級(jí)對(duì)這2組霍爾的輸出進(jìn)行cordic運(yùn)算后得到角度。

2 雜散磁場抑制能力

如前所述，目前主機(jī)廠和Tier 1提出對(duì)于DC磁場的抑制能力要求達(dá)到 4000A/m (約5mT) ，該值實(shí)際上已經(jīng)超過了ISO11452-8 level IV 的最高測試要求(3000A/m (~3.8mT))。而TLE49SR的對(duì)DC磁場的抑制能力可以達(dá)到±8mT，對(duì)AC磁場的抑制能力達(dá)±1.25mT，遠(yuǎn)超目前OEM/Tier 1的要求。

3TLE49SR的差異化特性

除了抗雜散干擾的核心功能外，TLE49SR還可提供如下差異化特性：

（1）低延遲時(shí)間，最快可達(dá)9.8us，適用于高速運(yùn)動(dòng)場景下的角度測量，最高檢測轉(zhuǎn)速可達(dá)10000rpm。

TLE49SR的延遲時(shí)間tlatency=tjitter+ tnotch+ tIIR，其中信號(hào)濾波時(shí)間tIIR可以用戶自行配置，下表顯示最短的延遲時(shí)間可以達(dá)到9.8us，前提是將濾波器帶寬設(shè)置為最高帶寬49.2 kHz，可以在信號(hào)濾波級(jí)造成tIIR =4us的延時(shí)，此時(shí)延遲時(shí)間tlatency= tjitter+tnotch+ tIIR = 1+4+4.8=9.8us。

（2）角速度輸出模式

SENT及SPC輸出的芯片可將Data Nibble配置為角度或者角速度輸出，角速度模式下又可以配置為如下4種模式，獲得針對(duì)不同速率下的分辨率和延遲時(shí)間。

（3）測量同時(shí)觸發(fā)功能

TLE49SR的SPC輸出類產(chǎn)品可使用Frameholder機(jī)制同時(shí)觸發(fā)最多4個(gè)TLE49SR進(jìn)行角度測量，之后再在SPC總線上按地址逐個(gè)獲取數(shù)據(jù)。在需要多個(gè)TLE49SR同時(shí)測量角度以保持?jǐn)?shù)據(jù)高度一致的場景下（例如冗余校驗(yàn)），該功能非常實(shí)用。

（4）測量范圍可編程

首先TLE49SR可以在0~360°范圍內(nèi)任意設(shè)置輸出角度的鉗位上限和鉗位下限。

其次還可以將測量范圍配置為如下圖所示的4*90°和3*120°兩種分段模式，角度所處的象限值會(huì)隨具體角度值一起輸出，該功能為車身高度類應(yīng)用做下線校準(zhǔn)提供了便利。

（5）多樣化的封裝和輸出協(xié)議

從輸出信號(hào)看，TLE49SR分為電流輸出型（兩線制）和電壓輸出型（三線制）2種，電流輸出型產(chǎn)品使用PSI5協(xié)議，電壓輸出型產(chǎn)品則使用PWM，SENT，SPC協(xié)議。

從封裝形式看，TLE49SR目前使用了直插（PG-SSO-3-41）和貼片(PG-TDSO-8-1)兩種形式。其中直插封裝PG-SSO-3-41內(nèi)部封裝了硅電容，用戶可以將芯片直接封裝進(jìn)模塊內(nèi)進(jìn)行二次注塑，無需做PCB載板，不但提升了EMC能力，也使安裝更加緊湊。

下表囊括了目前TLE49SR由不同輸出和封裝組合得到的所有型號(hào)：

4 TLE49SR的CRC校驗(yàn)

（1）TLE49SRS/C(SENT和SPC輸出)產(chǎn)品采用種子為 0101，多項(xiàng)式為X4+X3+X2+1的CRC校驗(yàn)。一般來說MCU用內(nèi)嵌查表法可以加快運(yùn)算速度，下面例程為用查表法對(duì)如下Frame的CRC校驗(yàn)C語言代碼。

（2）TLE49SRI3(PSI5輸出)產(chǎn)品采用種子為111，多項(xiàng)式為x3+x+1的CRC校驗(yàn)。在此付了CRC校驗(yàn)表，以方便用戶。

CrcLookup [8] = { 0,80,16,64,32,112,48,96};

如前文所述，TLE49SR是英飛凌順應(yīng)汽車電氣化趨勢(shì)推出的新一代產(chǎn)品，目前該產(chǎn)品已經(jīng)在車身高度，方向盤扭矩和轉(zhuǎn)角測量等應(yīng)用中獲得眾多客戶的青睞；未來隨著電氣化的深入，其應(yīng)用場景也將得到進(jìn)一步拓展。英飛凌通過不斷創(chuàng)新為市場和客戶持續(xù)提供價(jià)值。