ABS系统用轮速传感器AD22157

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作者：时间：2006-01-19来源：电子产品世界收藏

摘要：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：ΔＢ＞４ｍＴ（正常磁场）、２ｍＴ＜ΔＢ＜４ｍＴ（低磁范围）、ΔＢ＜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。