Infineon公司的TLE4943是一款集成式有源磁場傳感器，適用于基于霍爾技術(shù)的車輪速度應用。
它的基本功能是測量磁極輪或鐵磁齒輪的速度。
它具有使用AK協(xié)議進行通信的兩線電流接口。
該協(xié)議除了提供速度信號外，還提供其他信息，如車輪旋轉(zhuǎn)方向和氣隙信息。
該傳感器將快速上電時間和低截止頻率結(jié)合在一起。
出色的靈敏度和準確性，加上寬廣的工作溫度范圍，使該傳感器非常適合苛刻的汽車要求。
TLE4943C還提供了一個過模制的1.8nF電容器，以改善EMC性能。
TLE4943的基本操作是測量鐵磁或永磁目標輪的差分磁場，并生成代表這些物體運動的輸出信號。
另外，檢測旋轉(zhuǎn)的目標輪的旋轉(zhuǎn)方向和磁信號的質(zhì)量（強度）。
對于帶有鐵磁齒輪的應用，需要一個反向偏置磁鐵。
磁測量基于集成在IC上的三個等距霍爾元件。
兩個外部霍爾元件之間的距離為2.5mm，第三個霍爾元件放置在外部霍爾元件之間的中間。
外霍爾元件產(chǎn)生一個差分信號，該信號對應于被檢測物體的速度。
所有三個霍爾元件均用于方向檢測信息。
該IC具有三級電流接口，該接口對應于本數(shù)據(jù)手冊下文所述的AK協(xié)議。
高達+/- 30mT的磁偏移通過自校準算法消除。
在啟動（未校準模式）后僅需幾個磁性邊沿即可完成自校準并在校準模式下提供經(jīng)過偏移校正的信號。
與模式無關(guān)，編碼器的每個增量都會觸發(fā)信號輸出。
輸出信號頻率代表增量頻率，例如每秒100增量等于100Hz。
磁信號的頻率是輸出信號頻率的一半。 目前受國際大環(huán)境影響，TLE4943缺貨比較嚴重，國內(nèi)廠家推出了相應的替代產(chǎn)品，下面我們來了解一下知名半導體廠商意瑞半導體的產(chǎn)品及相關(guān)輸出協(xié)議：
1. 簡介
意瑞半導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)議對應的輸出信號都有一些區(qū)別，對應不同的應用場景以及程序需求。根據(jù)特定情況選取一個合適的輪速傳感器輸出協(xié)議非常重要。
本文會介紹不同輸出協(xié)議的區(qū)別及優(yōu)劣勢，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)品型號尾綴“C”的版本代表內(nèi)置電容。
2. 標準協(xié)議
輪速傳感器在測量齒輪轉(zhuǎn)速時，被測量的運動部件會經(jīng)過傳感器的前端，引起磁力線密度的變化。
標準協(xié)議是輪速傳感器中最簡單的協(xié)議，CH503（C）內(nèi)置兩個霍爾盤，將霍爾盤間的差分信號調(diào)整并且放大，當輸入信號越過其最大值和最小值的算術(shù)平均值時發(fā)生切換（例如正弦信號的過零點)，即輸出從ON變?yōu)镺FF，反之亦然。
一個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，如圖1所示。
圖1標準協(xié)議輸出
對于只需要速度信息、不需要方向信息的應用來說，標準的速度協(xié)議非常適合選用，在允許的氣隙范圍內(nèi)，方波信號的輸出都是很穩(wěn)定的，CH503（C）的占空比波動小、延時較小，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)議的缺點就是無法輸出其他信息，例如方向以及氣隙警告等。
3. PWM協(xié)議
PWM協(xié)議的電流與標準協(xié)議類似，電路中的開和關(guān)狀態(tài)由高和低電流來表示。磁輸入信號的每一次過零都會觸發(fā)一個輸出脈沖，通常每個輪齒旋轉(zhuǎn)的周期會產(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，輸出信號的連續(xù)上升沿之間的間隔時間就是脈沖率。除了速度信號以外，還會通過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齒輪，齒輪從芯片GND引腳側(cè)往VDD側(cè)轉(zhuǎn)時，輸出脈沖傳遞的是DR-R的方向信息；而當目標齒輪從VDD側(cè)往GND側(cè)轉(zhuǎn)時，輸出脈沖傳遞的是DR-L的信息。兩個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齒輪轉(zhuǎn)動的方向。同樣,如果氣隙超出臨界值的時候，脈沖寬度變化也會給出警告信息。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
相較于標準協(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用。
4. AK協(xié)議
AK協(xié)議包含一個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，對于需要智能輪速傳感器的應用十分重要。然而AK協(xié)議中由于傳輸消息的時間會很長，高速狀態(tài)下改為只輸出其中幾位數(shù)據(jù)位，所以目標輪轉(zhuǎn)動的最大速度可能會受到一定的限制。
5. 結(jié)論
本文就常見的幾種輪速傳感器的協(xié)議做了一些介紹，分析了它們的特點以及優(yōu)劣勢。不難看出，在不同的應用場景下，選擇一個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用程序的需求的?？梢愿鶕?jù)需求從CH50X系列中挑選標準協(xié)議、PWM協(xié)議、及AK協(xié)議三種輸出形式的輪速傳感器。
審核編輯：劉清