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    自動化系統

    輪速傳感器芯片的輸出協議介紹

    轉載 :  zaoche168.com   2022年05月11日

    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。)

    輸出協議

     

    意瑞產品

     

    應用場景

     

    速度識別

     

    方向識別

     

    信號頻率

     

    優點

     

    標準協議

     

    CH503(C)

    只需要輪速信息,不需要方向等其他信息。

    支持

    不支持

    1-10kHz

    低延時,高速下穩定輸出信號參數

    PWM協議

     

    CH504(C)

    應用程序同時需要準確的速度和方向信息。

    支持

    支持

    1-5kHz

    可以提供方向檢測以及氣隙警告

    AK協議

     

    CH505(C)

    應用程序同時需要準確的速度,方向信息以及更多信息。

    支持

    支持

    0-5kHz

    可以發送更多信息(速度脈沖外還有9位數據位),靜止狀態下依然能輸出信息

    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4PWM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IMIDILOW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

    Bit #

    Meaning

    Name

    Value after power

    up / under voltage

    Condition

    0

    LR

    Error bit, Airgap   reserve

    0

    “1” if dB<dBLR   (1=error)

    1

    SLM

    Validity of signal amplitude

    measurement

    1

    0=measurement of LM0, LM1, LM2 is

    valid; 1=invalid

    2


    not assigned

    0


    3

    GDR

    Direction validity

    0

    “1” = valid, “0” =   invalid

    4

    DR

    Direction of rotating

    information

    0

    “0”=direction   positive

    5

    LM0

    Air gap gauge

    0

    LSB of airgap gauge

    6

    LM1


    0


    7

    LM2


    0

    MSB of airgap gauge

    8

    P

    Parity

    to be currently

    calculated

    Always set to get even parity (inclusive

    Parity bit itself)

    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??梢愿鶕枨髲腃H50X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。

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