高度可靠的霍耳传感器接口集成方案

摘要：本文简要介绍霍耳传感器，特别是汽车和工业领域的2线、霍耳数字开关的应用。详细介绍了利用完全集成的霍耳传感器接口在汽车和工业应用中增加诊断功能和可靠保护的方法，本文提供了对地电位偏差承受能力的测试结果。

引言

霍耳效应的原理是磁场与导体中流过的电流相垂直时，流过电流的导体两侧会出现电势差。

霍耳效应传感器基于这一原理检测磁场的变化，输出与之成比例变化的电压，可以实现无接触检测，因此能够实现可靠的封装，不受环境因素的影响。

由于在恶劣环境中具有较高的可靠性，霍耳传感器被普遍用于工业和汽车领域，从车窗升降和天窗控制电机速度的调节到车门开/关检测及钥匙点火系统。

霍耳传感器的类型

目前有各种类型的霍耳传感器，例如3线和2线数字传感器、线性传感器、电流传感器以及双极性或单极性数字开关等。2线传感器有两个连接点：电源/输出和地，3线传感器的电源和输出采用单独的连接点。

2线霍耳数字开关通常用于汽车和工业领域，在这类应用中，抗噪声能力非常关键，要求霍耳传感器与相关电子器件之间的电气隔离。霍耳传感器工作时总会吸收一定的电流，这种电流模式信号抗噪声能力较强，有助于进行简单诊断。

这些传感器提供两种不同的电流电平，具体取决于是否有磁场。电流电平会因为不同的传感器厂商而有所差异，但低电平范围一般在5mA至8mA (没有磁场)，高电平范围在11mA至14mA (有磁场)。

霍耳传感器接口

MAX9921是首款用于2线霍耳数字开关与微控制器接口的集成方案。它具有两个独立通道，为两个传感器提供电流通路，监测电流电平，每个通道通过开漏输出为微控制器产生一路数字输出，图1所示为器件结构图和典型应用电路。


图1. MAX9921结构图和典型应用电路

作为一款高靠性IC，MAX9921设计用于恶劣的工作环境，例如工业和汽车等应用。器件工作在6V至18V电池电压范围，可以承受最高60V的瞬变电压(抛负载)。霍耳输入端集成了对地短路保护、电源短路保护以及高达±15kV的静电放电(ESD)保护功能。内部输入保护电路省去了外部电路，从而降低成本和空间。

MAX9921的两个通道独立工作，器件对每路输入提供诊断和故障保护。诊断模式下，诊断输出结合两个独立通道输出，提供基本的诊断信息，监视传感器的工作状态。诊断功能包括：输入开路(没有接传感器)、输入短路至地、输入短路至电池电压(VBAT)以及VBAT超出范围等。诊断功能可以识别出两路输入中的哪一路受到以上故障的影响。集成的诊断输出电路无需固件执行这一功能，也不需要微控制器的模/数转换器(ADC)测量霍耳电流。