轮速传感器芯片的输出协议介绍

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轮速传感器IC输出协议

01  简介       

意瑞半导体的轮速传感器芯片提供了几种不同的输出协议，每种输出协议对应的输出信号都有一些区别，对应不同的应用场景以及程序需求。根据特定情况选取一个合适的轮速传感器输出协议非常重要。本文会介绍不同输出协议的区别及优劣势，如表1，总结了最常用的几种轮速传感器的输出协议。（*产品型号尾缀“C”的版本代表内置电容。）

输出协议	意瑞产品	应用场景	速度识别	方向识别	信号频率	优点
标准协议	CH50 3(C）	只需要轮速信息，不需要方向等其他信息	支持	不支持	1-10 kHz	低延时，高速下稳定输出信号参数
PWM协议	CH50 4(C）	应用程序同时需要准确的速度和方向信息	支持	支持	1-5 kHz	可以提供方向检测以及气隙警告
AK协议	CH50 5(C）	应用程序同时需要准确的速度，方向信息以及更多信息	支持	支持	0-5 kHz	可以发送更多信息（速度脉冲外还有9位数据位）,静止状态下依然能输出信息

表1：轮速传感器芯片输出协议总结

02  标准协议     

轮速传感器在测量齿轮转速时，被测量的运动部件会经过传感器的前端，引起磁力线密度的变化。标准协议是轮速传感器中最简单的协议，CH503（C）内置两个霍尔盘，将霍尔盘间的差分信号调整并且放大，当输入信号越过其最大值和最小值的算术平均值时发生切换（例如正弦信号的过零点)，即输出从ON变为OFF，反之亦然。一个有效的传感器输出只能处于OFF或ON两种状态，分别用低电流和高电流表示，最终输出方波信号，如图1所示。  

图 1：标准协议输出

对于只需要速度信息、不需要方向信息的应用来说，标准的速度协议非常适合选用，在允许的气隙范围内，方波信号的输出都是很稳定的，CH503（C）的占空比波动小、延时较小，在高速的轮速下输出参数依然稳定有效。但是这种协议的缺点就是无法输出其他信息，例如方向以及气隙警告等。

03  PWM协议     

PWM协议的电流与标准协议类似，电路中的开和关状态由高和低电流来表示。磁输入信号的每一次过零都会触发一个输出脉冲，通常每个轮齿旋转的周期会产生固定脉冲数，速度信息就可以根据输出脉冲率提供，输出信号的连续上升沿之间的间隔时间就是脉冲率。除了速度信号以外，还会通过PWM调制的方式改变输出脉冲的宽度，从而提供更多的信息。

关于方向的定义，如图2所示，CH504（C）芯片带丝印的面朝向目标齿轮，齿轮从芯片GND引脚侧往VDD侧转时，输出脉冲传递的是DR-R的方向信息；而当目标齿轮从VDD侧往GND侧转时，输出脉冲传递的是DR-L的信息。两个方向信息以不同的脉冲宽度体现，可以帮助控制单元了解此时齿轮转动的方向。同样,如果气隙超出临界值的时候，脉冲宽度变化也会给出警告信息。具体的脉宽调制的宽度取决于传感器芯片的编程。PWM协议的输出波形如图3所示。

图2：方向的定义

图3：PWM协议输出

图4：PWM协议不同脉宽传递的信息

相较于标准协议，PWM协议不仅仅是提供速度信息，还有方向和气隙警告等信息。车轮的正反转判断信息大大提高了轮速传感器在智能方面的应用。

04  AK协议     

AK协议包含一个IHIGH的速度脉冲和后续的九位数据信息位，速度脉冲是提供齿轮的速度信息，后续的数据信息位提供更多的其他信息，例如方向以及气隙信息等。这些数据信息位是曼彻斯特编码，一帧数据内，数据段的波形，若检测到电流上升沿则表示数据1，电流下降沿表示数据0。编码1和0由IMID和ILOW组成，可以看出AK协议的速度信号由三种电流构成。数据信息位的0和1代表了各自不同的信息，每一位数据信息位也有各自的信息，例如方向或者是气隙警告。CH505（C）的输出波形由图5所示，AK协议数据信息如表2所示。

图5：AK协议输出波形

Bit #	Meaning	Name	Value after power up/under voltage	Condition
0	LR	Error bit, Airgap  reserve	0	“1” if dB
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）的数据信息位含义

可以看出数据中包含了气隙有效性、方向有效性与正反转信息，这些单个数据可以在电控单元上被解码，从而获得具体状态的信息。即便是静止的状态下(Standstill mode)，速度脉冲消失，但是后面的数据位依然能输出，对于需要智能轮速传感器的应用十分重要。然而AK协议中由于传输消息的时间会很长，高速状态下改为只输出其中几位数据位，所以目标轮转动的最大速度可能会受到一定的限制。

05  小结       

本文就常见的几种轮速传感器协议做了一些介绍，分析了它们的特点以及优劣势。不难看出，在不同的应用场景下，选择一个更合适的输出形式非常重要，协议的选择是高度依赖于应用程序的需求的。可以根据需求从CH50X系列中挑选标准协议、PWM协议、及AK协议三种输出形式的轮速传感器，更多详细的数据信息可以通过规格书来获取。

　　审核编辑：汤梓红