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協議進行通信的兩線電流接口。

該協議除了提供速度信號外，還提供其他信息，如車輪旋轉方向和氣隙信息。

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，檢測旋轉的目標輪的旋轉方向和磁信號的質量（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，該接口對應于本數據手冊下文所述的AK協議。

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過偏移校正的信號。

與模式無關，編碼器的每個增量都會觸發信號輸出。

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。 目前受國際大環境影響，TLE4943缺貨比較嚴重，國內廠家推出了相應的替代產品，下面我們來了解一下知名半導體廠商意瑞半導體的產品及相關輸出協議：

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

*產品型號尾綴“C”的版本代表內置電容。

2. 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。

3. 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3PWM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。

4. 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3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。

5. 結論

本文就常見的幾種輪速傳感器的協議做了一些介紹，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。

審核編輯：劉清