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輪速傳感器IC輸出協議

01 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議，每種輸出協議對應的輸出信號都有一些區別，對應不同的應用場景以及程序需求。根據特定情況選取一個合適的輪速傳感器輸出協議非常重要。本文會介紹不同輸出協議的區別及優劣勢，如表1，總結了最常用的幾種輪速傳感器的輸出協議。（*產品型號尾綴“C”的版本代表內置電容。）

表1：輪速傳感器芯片輸出協議總結

02 標準協議

輪速傳感器在測量齒輪轉速時，被測量的運動部件會經過傳感器的前端，引起磁力線密度的變化。標準協議是輪速傳感器中最簡單的協議，CH503（C）內置兩個霍爾盤，將霍爾盤間的差分信號調整并且放大，當輸入信號越過其最大值和最小值的算術平均值時發生切換（例如正弦信號的過零點)，即輸出從ON變為OFF，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，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，標準的速度協議非常適合選用，在允許的氣隙范圍內，方波信號的輸出都是很穩定的，CH503（C）的占空比波動小、延時較小，在高速的輪速下輸出參數依然穩定有效。但是這種協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。

03 PWM協議

PWM協議的電流與標準協議類似，電路中的開和關狀態由高和低電流來表示。磁輸入信號的每一次過零都會觸發一個輸出脈沖，通常每個輪齒旋轉的周期會產生固定脈沖數，速度信息就可以根據輸出脈沖率提供，輸出信號的連續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調制的方式改變輸出脈沖的寬度，從而提供更多的信息。

關于方向的定義，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引腳側往VDD側轉時，輸出脈沖傳遞的是DR-R的方向信息；而當目標齒輪從VDD側往GND側轉時，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，可以幫助控制單元了解此時齒輪轉動的方向。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。具體的脈寬調制的寬度取決于傳感器芯片的編程。PWM協議的輸出波形如圖3所示。

圖2：方向的定義

圖3：PWM協議輸出

圖4：PWM協議不同脈寬傳遞的信息

相較于標準協議，PWM協議不僅僅是提供速度信息，還有方向和氣隙警告等信息。車輪的正反轉判斷信息大大提高了輪速傳感器在智能方面的應用。

04 AK協議

AK協議包含一個IHIGH的速度脈沖和后續的九位數據信息位，速度脈沖是提供齒輪的速度信息，后續的數據信息位提供更多的其他信息，例如方向以及氣隙信息等。這些數據信息位是曼徹斯特編碼，一幀數據內，數據段的波形，若檢測到電流上升沿則表示數據1，電流下降沿表示數據0。編碼1和0由IMID和ILOW組成，可以看出AK協議的速度信號由三種電流構成。數據信息位的0和1代表了各自不同的信息，每一位數據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5所示，AK協議數據信息如表2所示。

圖5：AK協議輸出波形

表2：CH505（C）的數據信息位含義

可以看出數據中包含了氣隙有效性、方向有效性與正反轉信息，這些單個數據可以在電控單元上被解碼，從而獲得具體狀態的信息。即便是靜止的狀態下(Standstill mode)，速度脈沖消失，但是后面的數據位依然能輸出，對于需要智能輪速傳感器的應用十分重要。然而AK協議中由于傳輸消息的時間會很長，高速狀態下改為只輸出其中幾位數據位，所以目標輪轉動的最大速度可能會受到一定的限制。

05 小結

本文就常見的幾種輪速傳感器協議做了一些介紹，分析了它們的特點以及優劣勢。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，協議的選擇是高度依賴于應用程序的需求的。可以根據需求從CH50X系列中挑選標準協議、PWM協議、及AK協議三種輸出形式的輪速傳感器，更多詳細的數據信息可以通過規格書來獲取。

審核編輯：湯梓紅