《電子技術(shù)應(yīng)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。
中圖分類號(hào)：TN433 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257168
中文引用格式： 王香九，宋樹祥，蔡超波，等. 霍爾式輪速傳感器電路的設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，針對(duì)交通事故普遍發(fā)生的問題，ABS（剎車防抱死系統(tǒng)）、ESP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)）等汽車安全控制系統(tǒng)目前被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，汽車通過安全控制系統(tǒng)可以防止在急力剎車時(shí)車輪的抱死，而輪速傳感器作為汽車安全控制系統(tǒng)的前端輸入信號(hào)，汽車安全控制系統(tǒng)正常工作需要輪速傳感器能檢測(cè)出車速信號(hào)，因此輪速傳感在汽車安全方面具有很大的意義[1-3]。當(dāng)前市場(chǎng)上的輪速傳感器主要有磁電式輪速傳感器和霍爾式輪速傳感器，磁電式輪速傳感器是通過空氣間隙與車輪之間的距離來感應(yīng)出電勢(shì)差，電勢(shì)差會(huì)隨著車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生變化的交流信號(hào)，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，最后對(duì)采集出的信號(hào)進(jìn)行分析與計(jì)算得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度[4]。磁電式輪速傳感器電路的頻率響應(yīng)和抗干擾能力較差，如果車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率發(fā)生變化，它的輸出電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，在頻率很低的情況下，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度很低無法輸出方波信號(hào)，不能測(cè)量車速。

與磁電式輪速傳感器相比，霍爾式輪速傳感器的頻率響應(yīng)更好，抗干擾能力更強(qiáng)[5-6]，也正是因?yàn)榛魻栞喫賯鞲衅骶哂锌垢蓴_能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)汽車對(duì)霍爾式輪速傳感器的需求越來越大。然而，我國(guó)對(duì)于高端的霍爾式輪速傳感器產(chǎn)品主要依賴于進(jìn)口，從而增加了汽車生產(chǎn)的成本。為了趕上并超過國(guó)外對(duì)霍爾式輪速傳感器的研究技術(shù)，降低生產(chǎn)汽車的成本，我國(guó)需要頒布合理且有效的相關(guān)政策來促進(jìn)我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)需要加大對(duì)人才的培養(yǎng)，還要積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)用以設(shè)計(jì)生產(chǎn)出具有低成本、高精度和高可靠性的輪速傳感器，提高我國(guó)汽車產(chǎn)品在全球市場(chǎng)上的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)磁電式輪速傳感器存在的缺陷以及國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)對(duì)霍爾式輪速傳感器需求越來越大，此外，因?yàn)檩喫賯鞲衅鞯男阅軙?huì)直接影響到汽車行駛的安全性，所以設(shè)計(jì)高性能的輪速傳感器是必不可少的。為了能夠設(shè)計(jì)出具有高性能的輪速傳感器，本文通過利用霍爾效應(yīng)，設(shè)計(jì)出了一款具有高性能的霍爾式輪速傳感器電路，不但有效地解決了磁電式輪速傳感器抗干擾能力差的問題，而且輸出信號(hào)的幅值具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。


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http://ihrv.cn/resource/share/2000007040


作者信息：

王香九1，2，3，4，宋樹祥1，2，3，4，蔡超波1，2，3，4，將品群1，2，3，4

（1.廣西師范大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院/集成電路學(xué)院，廣西 桂林 541004；

2.廣西師范大學(xué) 廣西類腦計(jì)算與智能芯片重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；

3.廣西師范大學(xué) 廣西高校集成電路與微系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；

4.廣西師范大學(xué) 光電子信息技術(shù)廣西高校工程研究中心，廣西 桂林 541004）

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