開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法與流程
2023-06-04 11:55:42
本發明屬於傳感器測試技術領域，涉及一種傳感器噪聲測試方法，尤其涉及一種開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法。
背景技術：
霍爾傳感器是根據霍爾效應製作的一種磁場傳感器，在汽車工業中有著廣泛的應用，包括動力、車身控制、牽引力控制以及防抱死制動系統等。為了滿足不同系統的需要，霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種。噪聲性能作為霍爾傳感器的一項重要指標，對霍爾傳感器，尤其是高採樣率高精度開關型霍爾傳感器的設計起到至關重要的作用。噪聲在開關型霍爾傳感器中的具體表現就是導致傳感器的翻轉閾值發生隨機變化。
圖1所示是一個理想的雙極型開關霍爾傳感器的輸入輸出特性：橫坐標Bin為輸入磁場強度，縱坐標HALL_OUT為輸出電平(「0」表示低電平，「1」表示高電平)。可以看出當Bin>BOP時，傳感器的輸出由高變低；當Bin<BRP是，傳感器的輸出由低變高；BHYS＝BOP-BRP定義為開關型霍爾傳感器的遲滯窗口。當有噪聲疊加進來以後，開關型霍爾傳感器的輸入輸出特性發生變化，如圖2所示：傳感器的翻轉閾值(BOP/BRP)會隨機的波動，隨機波動的大小受噪聲大小以及觀測時間的長度的影響。
在實驗室環境中開關型霍爾傳感器的常規測試方法如圖3所示：將傳感器放置於一維磁場環境中，並用穩壓源對其供電，用萬用表檢測傳感器的輸出；如果輸出為「0」，則不斷減小磁場強度直到其翻轉為「1」，記錄此時對應的磁場強度為BRP；如果輸出為「1」，則不斷增大磁場強度直到其翻轉為「0」，記錄此時對應的磁場強度為BOP。這種測試方法，由於磁場強度的變化速度太慢，往往只能測到BOP和BRP的下限(圖2中的BOPB和BRPB)。而開關型霍爾傳感器工作在兩種不同的狀態：當測試完BOP(或者BRP)後，霍爾傳感器會切換到另外一個狀態，因而要想測試BOP和BRP的上限(圖2中的BOPT和BRPT)就需要產生一個高頻的交變磁場。
然而，很遺憾的是，目前大多數的磁場發生器都無法產生高頻的交變磁場，因而測試開關型霍爾傳感器BOP/BRP的噪聲性能也變得異常困難。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法，可精確測試開關型霍爾傳感器BOP/BRP的噪聲性能。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法，該測試方法是通過觀察傳感器的上電過程，間接測出傳感器的噪聲性能：將開關型霍爾傳感器放置於磁場發生器中；用信號發生器輸出的方波信號對傳感器供電，方波信號的幅度為0到VDD，VDD是傳感器晶片的工作電壓，周期為2*(Tpu+N*Ts),Tpu為傳感器晶片的上電時間，Ts為傳感器晶片的採樣周期，N取5到10之間的整數，佔空比為50％；用示波器檢測傳感器的輸出，示波器設置為上升沿觸發，觸發源為信號發生器產生的方波，餘暉時間設置為無窮大；
如果傳感器晶片的上電初態為「1」，則從Bin＝0開始逐步增大磁場強度，每設置一次磁場強度Bin，都需要手動清除一次示波器餘暉；
當0<＝BinBOPB,在信號發生器輸出高電平時，傳感器的輸出波形VOUT_2會以較低的概率出現翻轉的情況；
當BOPB<BinBOPT，在信號發生器輸出高電平時，傳感器將會在上電後的第一個採樣點發生翻轉；
根據前面的觀測結果，VOUT_1與VOUT_2的臨界值對應的磁場強度就是BOPB，VOUT_4與VOUT_5的臨界值對應的磁場強度就是BOPT；同理，如果傳感器晶片的上電初態為「0」，則從Bin＝0開始逐步減小磁場強度，便確定BRP的下限BRPB和上限BRPT；
其中，VOUT_1為0<＝BinBOPT時傳感器的輸出波形。
一種開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法，通過觀察傳感器的上電過程，間接測出傳感器的噪聲性能；
將開關型霍爾傳感器放置於磁場發生器中；用信號發生器輸出的方波信號對傳感器供電，方波信號的幅度為0到VDD，VDD是傳感器晶片的工作電壓，周期為2*(Tpu+N*Ts),Tpu為傳感器晶片的上電時間，Ts為傳感器晶片的採樣周期，N取5到10之間的整數，佔空比為50％；
用示波器檢測傳感器的輸出，示波器設置為上升沿觸發，觸發源為信號發生器產生的方波，餘暉時間設置為無窮大。
作為本發明的一種優選方案，如果傳感器晶片的上電初態為「1」，則從Bin＝0開始逐步增大磁場強度；如果傳感器晶片的上電初態為「0」，則從Bin＝0開始逐步減小磁場強度；每設置一次磁場強度Bin，都需要手動清除一次示波器餘暉。
作為本發明的一種優選方案，當0<＝BinBOPB,在信號發生器輸出高電平時，傳感器的輸出波形VOUT_2會以較低的概率出現翻轉的情況；
當BOPB<BinBOPT，在信號發生器輸出高電平時，傳感器將會在上電後的第一個採樣點發生翻轉。
作為本發明的一種優選方案，根據上述觀測結果，VOUT_1與VOUT_2的臨界值對應的磁場強度就是BOPB，VOUT_4與VOUT_5的臨界值對應的磁場強度就是BOPT；同理，如果傳感器晶片的上電初態為「0」，則從Bin＝0開始逐步減小磁場強度，便確定BRP的下限BRPB和上限BRPT；
其中，VOUT_1為0<＝BinBOPT時傳感器的輸出波形。
本發明的有益效果在於：本發明提出的開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法，在已知晶片上電初態的前提下，利用信號發生器產生高頻供電電壓源，通過觀察傳感器上電過程的統計特性得到BOP/BRP的上限和下限，從而得出開關型霍爾傳感器的噪聲特性。這個做法的好處是利用信號發生器的高頻特性，取代磁場發生器的低頻特點，完成開關型霍爾傳感器的噪聲測試，不用增加額外的設備和費用。
附圖說明
圖1為理想的雙極型開關霍爾傳感器的輸入輸出特性。
圖2為受噪聲影響的雙極型開關霍爾傳感器的輸入輸出特性。
圖3為開關型霍爾傳感器的常規測試原理圖。
圖4為開關型霍爾傳感器噪聲性能的新型測試原理圖。
圖5為開關型霍爾傳感器上電過程中輸出電壓隨著Bin的變化關係。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
實施例一
本發明揭示了一種開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法，該測試方法是通過觀察傳感器的上電過程，間接測出傳感器的噪聲性能，測試原理圖見圖(4)：將開關型霍爾傳感器放置於磁場發生器中；用信號發生器輸出的方波信號對傳感器供電，方波信號的幅度為0到VDD，VDD是傳感器晶片的工作電壓，周期為2*(Tpu+N*Ts),Tpu為傳感器晶片的上電時間，Ts為傳感器晶片的採樣周期，N取5到10之間的整數，佔空比為50％；用示波器檢測傳感器的輸出，示波器設置為上升沿觸發，觸發源為信號發生器產生的方波，餘暉時間設置為無窮大。
如果傳感器晶片的上電初態為「1」，則從Bin＝0開始逐步增大磁場強度；如果傳感器晶片的上電初態為「0」，則從Bin＝0開始逐步減小磁場強度；每設置一次磁場強度Bin，都需要手動清除一次示波器餘暉。
當0<＝Bin<BOPB，傳感器的第一輸出波形VOUT_1近似等於信號發生器的輸出波形，在信號發生器輸出高電平時，傳感器的輸出也一直為高電平，不會出現翻轉情況。如圖5中的VDD為信號發生器的輸出波形，圖5中的VOUT_1為0<＝BinBOPB,在信號發生器輸出高電平時，傳感器的輸出會以較低的概率出現翻轉的情況。如圖5中的VOUT_2為Bin稍微大於BOPB時傳感器的輸出波形。
當BOPB<BinBOPT，在信號發生器輸出高電平時，傳感器將會在上電後的第一個採樣點發生翻轉。如圖5中的VOUT_5為Bin>BOPT時傳感器的輸出波形。
根據前面的觀測結果，VOUT_1與VOUT_2的臨界值對應的磁場強度就是BOPB，VOUT_4與VOUT_5的臨界值對應的磁場強度就是BOPT；同理，如果傳感器晶片的上電初態為「0」，則從Bin＝0開始逐步減小磁場強度，便可以確定BRP的下限BRPB和上限BRPT。
綜上所述，本發明提出的開關型霍爾傳感器噪聲的測試方法，在已知晶片上電初態的前提下，利用信號發生器產生高頻供電電壓源，通過觀察傳感器上電過程的統計特性得到BOP/BRP的上限和下限，從而得出開關型霍爾傳感器的噪聲特性。這個做法的好處是利用信號發生器的高頻特性，取代磁場發生器的低頻特點，完成開關型霍爾傳感器的噪聲測試，不用增加額外的設備和費用。
這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。