Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 感測器/MEMS
 
 
感測器/MEMS  

車用磁阻感測器的建模和模擬

上網時間: 2008年12月23日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:磁阻感測器  霍爾效應  編碼器輪 

電子技術,尤其是感測器技術,作為獲得汽車數據並與汽車周圍環境相互作用的一種方法,對汽車的發展起到了決定性的作用。而磁阻效應就支援汽車中各種感測器應用。從三十年前首次在薄膜技術中使用開始,磁阻感測器在新的磁場測量應用領域中一直發揮著重要作用。

由感測器控制的系統作為汽車的一個重要組成部份,主要用於機械變量的無接觸檢測。此類感測器通常通常採用霍爾元件,或是基於各向異性磁阻(AMR)效應來開發。AMR效應是凱爾文爵士在1857年發現的,事實證明該效應特別適合用來檢測磁場。與使用霍爾效應的方案相較,AMR感測器有許多優勢,例如抖動更小和靈敏度更高,而這兩種優點都會同等程度地提高測量精密度或降低系統整體成本。

汽車內的磁阻感測器的作用是確定角度和速度,其中磁場展現了一個機械系統的運動和位置情況。防滑系統以及引擎和傳動控制都需要此類數據。由於所有元件都會影響系統響應的方式,所以對整個系統的模擬相當重要,特別是在規劃和理解系統要求的階段。以下將以一款新型速度感測器為例,介紹整體系統的建模和模擬。

訊號檢測

現代感測器系統基本上由兩個元件組成,即一個基本感測器和一顆訊號處理ASIC(圖1)。AMR效應通常出現在坡莫合金等含鐵材料中。坡莫合金是81%鎳和19%鐵的合金,從20世紀初開始就一直被作為感應材料。圖2是電流流過一個坡莫合金薄膜時的情形。在給坡莫合金外加磁場時,其阻抗變化正比於角度α正弦值的平方。像坡莫合金這樣的鐵磁體材料都有磁化強度指標,它是材料中每一點上定義的一個向量值。外部磁場會使這個磁向量的指向從電流方向開始產生旋轉,導致阻抗變化。阻抗變化的大小取決於坡莫合金的特性,在出現磁場時其阻抗會產生2%-3%的變化。恩智浦公司所有感測器系統中的基本感測器都採用這種坡莫合金。

圖1:由兩個封裝組成的AMR感測器系統。
圖1:由兩個封裝組成的AMR感測器系統。

圖2:各向異性磁阻效應。
圖2:各向異性磁阻效應。

確定速度所需的裝置中包含兩個組件:編碼器輪和感測器系統。編碼器輪可以是主動的也可以是被動的。主動輪是磁化了的,磁阻感測器可檢測其南北極之間的變化。被動輪則用一個齒形結構代替了磁化,這種被動編碼器輪通常容差很小。當感測器正對被動輪的一個齒或兩齒之間的空隙時,它不會產生AMR元件磁向量的偏轉。此時若不考慮外部雜訊場,則輸出訊號應為0。如果感測器面對的是齒邊緣,那麼磁輸入訊號就變成極值。作為改變齒/間隙或間隙/齒的類型的函數,一個較好的近似結果是正弦磁輸入訊號的最小值或最大值。

圖3:晶片上的AMR元件配置。
圖3:晶片上的AMR元件配置。

訊號處理

為了確定速度,磁輸入訊號被編碼為一個電脈衝序列,並透過一個7/14 mA協議發送出去。脈衝序列可以用一個比較器產生。為消除低電平雜訊的影響,比較器電路中往往還要加磁滯電路。感測器頭端和編碼器輪之間的間隙大小如果出現了明顯波動,將會導致磁輸入訊號的振幅產生波動。

磁偏也會危及系統的執行。雜訊場所引起的真實測量訊號的增大或減少,可能會達到導致施密特觸發器的閾值只有一個或兩個都被超出或欠載的程度。非常快速的被動輪會在輪中產生渦電流,引起磁雜訊場。由此產生的磁偏會威脅到系統的可靠性。

為了消除這種雜訊對輸出訊號的影響,在另一個封裝中整合了一個訊號處理ASIC。該封裝中還有一個高壓介面以及一個為訊號處理提供電源電壓的線路驅動器(圖1)。圖4為訊號處理架構。消除故障的核心元件包括可調放大器、偏移抵銷電路和智慧比較器。可調放大器可以根據感測器與編碼器輪之間的距離匹配訊號電平。在偏移抵銷電路中有一個控制系統,該系統能在消除偏移的同時保持系統的0Hz能力(以幫助檢測編碼器輪停滯情況)。智慧比較器的閾值是可變的,可以透過設置將磁滯訊號控制在訊號振幅的20%到45%之間,以確保足夠的雜訊抑制。以上描述的系統都是在模擬的支援下進行開發和驗證的。

圖4:現代速度感測器中的訊號處理概念。
圖4:現代速度感測器中的訊號處理概念。

圖5:網格──磁場有限元模擬的起始點。
圖5:網格──磁場有限元模擬的起始點。


1 • 2 Next Page Last Page



投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 車用磁阻感測器的建模和模擬
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首