《电子技术应用》
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霍尔式轮速传感器电路的设计
电子技术应用
王香九,宋树祥,蔡超波,将品群
1.广西师范大学 电子与信息工程学院/集成电路学院;2.广西师范大学 广西类脑计算与智能芯片重点实验室;3.广西师范大学 广西高校集成电路与微系统重点实验室;4.广西师范大学 光电子信息技术广西高校工程研究中心
摘要: 针对磁电式轮速传感器抗干扰能力差、输出信号不稳定的问题,在研究霍尔式轮速传感器工作原理的基础上,采用0.18 μm BCD工艺设计了一款霍尔式轮速传感器电路。该电路包含放大器、带通滤波器、迟滞电压比较器等模块。为抑制霍尔元件固有的失调电压,提出了一种基于四个霍尔元件的电压偏置正交方法。利用Cadence Virtuoso进行仿真验证,结果表明所设计的传感器电路具有较强的抗干扰能力,在4.5 V至30 V的宽电源电压范围和-40 ℃~125 ℃的温度范围内,均可输出幅值稳定的方波信号,能够实现车速的准确测量。
中图分类号:TN433 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257168
中文引用格式: 王香九,宋树祥,蔡超波,等. 霍尔式轮速传感器电路的设计[J]. 电子技术应用,2026,52(4):66-72.
英文引用格式: Wang Xiangjiu,Song Shuxiang,Cai Chaobo,et al. The design of Hall type wheel speed sensor circuit[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(4):66-72.
The design of Hall type wheel speed sensor circuit
Wang Xiangjiu,Song Shuxiang,Cai Chaobo,Jiang Pinqun
1.School of Electronics and Information Engineering/School of Integrated Circuits, Guangxi Normal University;2.Guangxi Key Laboratory of Brain-Inspired Computing and Intelligent Chips, Guangxi Normal University;3.Key Laboratory of Integrated Circuits and Microsystems, Guangxi Normal University;4.Optoelectronic Information Technology Engineering Research Center, Guangxi Normal University
Abstract: This paper addresses the issues of poor anti-interference capability and unstable output in magnetic-electric wheel speed sensor circuits. Based on the principle of Hall-effect wheel speed sensors, a Hall-type wheel speed sensor circuit was designed using a 0.18 μm BCD process. The circuit includes functional modules such as an amplifier, a bandpass filter, and a hysteresis voltage comparator. To mitigate the offset voltage inherent in Hall devices, a voltage bias orthogonalization method employing four Hall elements was adopted. Simulations conducted with Cadence Virtuoso demonstrate that the proposed Hall sensor circuit exhibits strong anti-interference performance. It consistently outputs square wave signals with stable amplitude across an input voltage range of 4.5 V to 30 V and an operating temperature range of -40 ℃ to 125 ℃, enabling accurate measurement of vehicle speed.
Key words : Hall effect;wheel speed sensor;amplifier;bandpass filter;hysteresis voltage comparator

引言

随着汽车产业的快速发展,针对交通事故普遍发生的问题,ABS(刹车防抱死系统)、ESP(电子稳定系统)等汽车安全控制系统目前被广泛应用于汽车领域,汽车通过安全控制系统可以防止在急力刹车时车轮的抱死,而轮速传感器作为汽车安全控制系统的前端输入信号,汽车安全控制系统正常工作需要轮速传感器能检测出车速信号,因此轮速传感在汽车安全方面具有很大的意义[1-3]。当前市场上的轮速传感器主要有磁电式轮速传感器和霍尔式轮速传感器,磁电式轮速传感器是通过空气间隙与车轮之间的距离来感应出电势差,电势差会随着车轮的转动而发生相应的变化,从而产生变化的交流信号,然后通过模数转换器对信号进行采集,最后对采集出的信号进行分析与计算得到车轮转动的速度[4]。磁电式轮速传感器电路的频率响应和抗干扰能力较差,如果车轮转动的频率发生变化,它的输出电压也会发生相应的改变,在频率很低的情况下,车轮转动的速度很低无法输出方波信号,不能测量车速。

与磁电式轮速传感器相比,霍尔式轮速传感器的频率响应更好,抗干扰能力更强[5-6],也正是因为霍尔轮速传感器具有抗干扰能力强等优点,所以国内汽车对霍尔式轮速传感器的需求越来越大。然而,我国对于高端的霍尔式轮速传感器产品主要依赖于进口,从而增加了汽车生产的成本。为了赶上并超过国外对霍尔式轮速传感器的研究技术,降低生产汽车的成本,我国需要颁布合理且有效的相关政策来促进我国半导体技术的发展,同时需要加大对人才的培养,还要积极学习国外先进技术用以设计生产出具有低成本、高精度和高可靠性的轮速传感器,提高我国汽车产品在全球市场上的国际竞争力。

针对磁电式轮速传感器存在的缺陷以及国内汽车市场对霍尔式轮速传感器需求越来越大,此外,因为轮速传感器的性能会直接影响到汽车行驶的安全性,所以设计高性能的轮速传感器是必不可少的。为了能够设计出具有高性能的轮速传感器,本文通过利用霍尔效应,设计出了一款具有高性能的霍尔式轮速传感器电路,不但有效地解决了磁电式轮速传感器抗干扰能力差的问题,而且输出信号的幅值具有较强的稳定性。


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作者信息:

王香九1,2,3,4,宋树祥1,2,3,4,蔡超波1,2,3,4,将品群1,2,3,4

(1.广西师范大学 电子与信息工程学院/集成电路学院,广西 桂林 541004;

2.广西师范大学 广西类脑计算与智能芯片重点实验室,广西 桂林 541004;

3.广西师范大学 广西高校集成电路与微系统重点实验室,广西 桂林 541004;

4.广西师范大学 光电子信息技术广西高校工程研究中心,广西 桂林 541004)

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