CN106646316B - 开关型霍尔传感器噪声的测试方法 - Google Patents

开关型霍尔传感器噪声的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，通过观察传感器的上电过程，间接测出传感器的噪声性能；将开关型霍尔传感器放置于磁场发生器中；用信号发生器输出的方波信号对传感器供电，方波信号的幅度为0到VDD，VDD是传感器芯片的工作电压，周期为2*(Tpu+N*Ts),Tpu为传感器芯片的上电时间，Ts为传感器芯片的采样周期，N取5到10之间的整数，占空比为50％；用示波器检测传感器的输出，示波器设置为上升沿触发，触发源为信号发生器产生的方波，余晖时间设置为无穷大。本发明在已知芯片上电初态的前提下，利用信号发生器产生高频供电电压源，通过观察传感器上电过程的统计特性得到BOP/BRP的上限和下限，从而得出开关型霍尔传感器的噪声特性。

Description

开关型霍尔传感器噪声的测试方法
技术领域
本发明属于传感器测试技术领域，涉及一种传感器噪声测试方法，尤其涉及一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法。
背景技术
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，在汽车工业中有着广泛的应用，包括动力、车身控制、牵引力控制以及防抱死制动***等。为了满足不同***的需要，霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。噪声性能作为霍尔传感器的一项重要指标，对霍尔传感器，尤其是高采样率高精度开关型霍尔传感器的设计起到至关重要的作用。噪声在开关型霍尔传感器中的具体表现就是导致传感器的翻转阈值发生随机变化。
图1所示是一个理想的双极型开关霍尔传感器的输入输出特性：横坐标Bin为输入磁场强度，纵坐标HALL_OUT为输出电平(“0”表示低电平，“1”表示高电平)。可以看出当Bin>BOP时，传感器的输出由高变低；当Bin<BRP是，传感器的输出由低变高；BHYS＝BOP-BRP定义为开关型霍尔传感器的迟滞窗口。当有噪声叠加进来以后，开关型霍尔传感器的输入输出特性发生变化，如图2所示：传感器的翻转阈值(BOP/BRP)会随机的波动，随机波动的大小受噪声大小以及观测时间的长度的影响。
在实验室环境中开关型霍尔传感器的常规测试方法如图3所示：将传感器放置于一维磁场环境中，并用稳压源对其供电，用万用表检测传感器的输出；如果输出为“0”，则不断减小磁场强度直到其翻转为“1”，记录此时对应的磁场强度为BRP；如果输出为“1”，则不断增大磁场强度直到其翻转为“0”，记录此时对应的磁场强度为BOP。这种测试方法，由于磁场强度的变化速度太慢，往往只能测到BOP和BRP的下限(图2中的BOPB和BRPB)。而开关型霍尔传感器工作在两种不同的状态：当测试完BOP(或者BRP)后，霍尔传感器会切换到另外一个状态，因而要想测试BOP和BRP的上限(图2中的BOPT和BRPT)就需要产生一个高频的交变磁场。
然而，很遗憾的是，目前大多数的磁场发生器都无法产生高频的交变磁场，因而测试开关型霍尔传感器BOP/BRP的噪声性能也变得异常困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，可精确测试开关型霍尔传感器BOP/BRP的噪声性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，该测试方法是通过观察传感器的上电过程，间接测出传感器的噪声性能：将开关型霍尔传感器放置于磁场发生器中；用信号发生器输出的方波信号对传感器供电，方波信号的幅度为0到VDD，VDD是传感器芯片的工作电压，周期为2*(Tpu+N*Ts),Tpu为传感器芯片的上电时间，Ts为传感器芯片的采样周期，N取5到10之间的整数，占空比为50％；用示波器检测传感器的输出，示波器设置为上升沿触发，触发源为信号发生器产生的方波，余晖时间设置为无穷大；
如果传感器芯片的上电初态为“1”，则从Bin＝0开始逐步增大磁场强度，每设置一次磁场强度Bin，都需要手动清除一次示波器余晖；
当0<＝Bin<BOPB，传感器的第一输出波形VOUT_1近似等于信号发生器的输出波形，在信号发生器输出高电平时，传感器的输出也一直为高电平，不会出现翻转情况；
当Bin>BOPB,在信号发生器输出高电平时，传感器的输出波形VOUT_2会以较低的概率出现翻转的情况；
当BOPB<Bin<BOPT，随着Bin的不断增加，在信号发生器输出高电平时，传感器输出翻转的概率也越来越高，同时翻转的时间点也越来越向前移；
当Bin>BOPT，在信号发生器输出高电平时，传感器将会在上电后的第一个采样点发生翻转；
根据前面的观测结果，VOUT_1与VOUT_2的临界值对应的磁场强度就是BOPB，VOUT_4与VOUT_5的临界值对应的磁场强度就是BOPT；同理，如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度，便确定BRP的下限BRPB和上限BRPT；
其中，VOUT_1为0<＝Bin<BOPB时传感器的输出波形；VOUT_2为Bin稍微大于BOPB时传感器的输出波形；VOUT_3表示Bin不断增加导致的传感器输出波形翻转的概率变大，VOUT_4表示Bin进一步增加导致的传感器输出波形翻转的时间点向前移；VOUT_5为Bin>BOPT时传感器的输出波形。
一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，通过观察传感器的上电过程，间接测出传感器的噪声性能；
将开关型霍尔传感器放置于磁场发生器中；用信号发生器输出的方波信号对传感器供电，方波信号的幅度为0到VDD，VDD是传感器芯片的工作电压，周期为2*(Tpu+N*Ts),Tpu为传感器芯片的上电时间，Ts为传感器芯片的采样周期，N取5到10之间的整数，占空比为50％；
用示波器检测传感器的输出，示波器设置为上升沿触发，触发源为信号发生器产生的方波，余晖时间设置为无穷大。
作为本发明的一种优选方案，如果传感器芯片的上电初态为“1”，则从Bin＝0开始逐步增大磁场强度；如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度；每设置一次磁场强度Bin，都需要手动清除一次示波器余晖。
作为本发明的一种优选方案，当0<＝Bin<BOPB，传感器的第一输出波形VOUT_1近似等于信号发生器的输出波形，在信号发生器输出高电平时，传感器的输出也一直为高电平，不会出现翻转情况；
当Bin>BOPB,在信号发生器输出高电平时，传感器的输出波形VOUT_2会以较低的概率出现翻转的情况；
当BOPB<Bin<BOPT，随着Bin的不断增加，在信号发生器输出高电平时，传感器输出翻转的概率也越来越高，同时翻转的时间点也越来越向前移；
当Bin>BOPT，在信号发生器输出高电平时，传感器将会在上电后的第一个采样点发生翻转。
作为本发明的一种优选方案，根据上述观测结果，VOUT_1与VOUT_2的临界值对应的磁场强度就是BOPB，VOUT_4与VOUT_5的临界值对应的磁场强度就是BOPT；同理，如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度，便确定BRP的下限BRPB和上限BRPT；
其中，VOUT_1为0<＝Bin<BOPB时传感器的输出波形；VOUT_2为Bin稍微大于BOPB时传感器的输出波形；VOUT_3表示Bin不断增加导致的传感器输出波形翻转的概率变大，VOUT_4表示Bin进一步增加导致的传感器输出波形翻转的时间点向前移；VOUT_5为Bin>BOPT时传感器的输出波形。
本发明的有益效果在于：本发明提出的开关型霍尔传感器噪声的测试方法，在已知芯片上电初态的前提下，利用信号发生器产生高频供电电压源，通过观察传感器上电过程的统计特性得到BOP/BRP的上限和下限，从而得出开关型霍尔传感器的噪声特性。这个做法的好处是利用信号发生器的高频特性，取代磁场发生器的低频特点，完成开关型霍尔传感器的噪声测试，不用增加额外的设备和费用。
附图说明
图1为理想的双极型开关霍尔传感器的输入输出特性。
图2为受噪声影响的双极型开关霍尔传感器的输入输出特性。
图3为开关型霍尔传感器的常规测试原理图。
图4为开关型霍尔传感器噪声性能的新型测试原理图。
图5为开关型霍尔传感器上电过程中输出电压随着Bin的变化关系。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
本发明揭示了一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，该测试方法是通过观察传感器的上电过程，间接测出传感器的噪声性能，测试原理图见图(4)：将开关型霍尔传感器放置于磁场发生器中；用信号发生器输出的方波信号对传感器供电，方波信号的幅度为0到VDD，VDD是传感器芯片的工作电压，周期为2*(Tpu+N*Ts),Tpu为传感器芯片的上电时间，Ts为传感器芯片的采样周期，N取5到10之间的整数，占空比为50％；用示波器检测传感器的输出，示波器设置为上升沿触发，触发源为信号发生器产生的方波，余晖时间设置为无穷大。
如果传感器芯片的上电初态为“1”，则从Bin＝0开始逐步增大磁场强度；如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度；每设置一次磁场强度Bin，都需要手动清除一次示波器余晖。
当0<＝Bin<BOPB，传感器的第一输出波形VOUT_1近似等于信号发生器的输出波形，在信号发生器输出高电平时，传感器的输出也一直为高电平，不会出现翻转情况。如图5中的VDD为信号发生器的输出波形，图5中的VOUT_1为0<＝Bin<BOPB时传感器的输出波形。
当Bin>BOPB,在信号发生器输出高电平时，传感器的输出会以较低的概率出现翻转的情况。如图5中的VOUT_2为Bin稍微大于BOPB时传感器的输出波形。
当BOPB<Bin<BOPT，随着Bin的不断增加，在信号发生器输出高电平时，传感器输出翻转的概率也越来越高，同时翻转的时间点也越来越向前移。如图(5)中的VOUT_3为Bin不断增加导致的传感器输出翻转的概率变大的情况，图(5)中的VOUT_4为Bin进一步增加导致的传感器输出翻转的时间点向前移的情况。
当Bin>BOPT，在信号发生器输出高电平时，传感器将会在上电后的第一个采样点发生翻转。如图5中的VOUT_5为Bin>BOPT时传感器的输出波形。
根据前面的观测结果，VOUT_1与VOUT_2的临界值对应的磁场强度就是BOPB，VOUT_4与VOUT_5的临界值对应的磁场强度就是BOPT；同理，如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度，便可以确定BRP的下限BRPB和上限BRPT。
综上所述，本发明提出的开关型霍尔传感器噪声的测试方法，在已知芯片上电初态的前提下，利用信号发生器产生高频供电电压源，通过观察传感器上电过程的统计特性得到BOP/BRP的上限和下限，从而得出开关型霍尔传感器的噪声特性。这个做法的好处是利用信号发生器的高频特性，取代磁场发生器的低频特点，完成开关型霍尔传感器的噪声测试，不用增加额外的设备和费用。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (4)

1.一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，其特征在于，该测试方法是通过观察传感器的上电过程，间接测出传感器的噪声性能：将开关型霍尔传感器放置于磁场发生器中；用信号发生器输出的方波信号对传感器供电，方波信号的幅度为0到VDD，VDD是传感器芯片的工作电压，周期为2*(Tpu+N*Ts),Tpu为传感器芯片的上电时间，Ts为传感器芯片的采样周期，N取5到10之间的整数，占空比为50％；用示波器检测传感器的输出，示波器设置为上升沿触发，触发源为信号发生器产生的方波，余晖时间设置为无穷大；
如果传感器芯片的上电初态为“1”，则从Bin＝0开始逐步增大磁场强度，每设置一次磁场强度Bin，都需要手动清除一次示波器余晖；
当0<＝Bin<BOPB，传感器的第一输出波形VOUT_1近似等于信号发生器的输出波形，在信号发生器输出高电平时，传感器的输出也一直为高电平，不会出现翻转情况；
当Bin>BOPB,在信号发生器输出高电平时，传感器的输出波形VOUT_2会以较低的概率出现翻转的情况；
当BOPB<Bin<BOPT，随着Bin的不断增加，在信号发生器输出高电平时，传感器输出翻转的概率也越来越高，同时翻转的时间点也越来越向前移；
当Bin>BOPT，在信号发生器输出高电平时，传感器将会在上电后的第一个采样点发生翻转；
根据观测结果，VOUT_1与VOUT_2的临界值对应的磁场强度就是BOPB，VOUT_4与VOUT_5的临界值对应的磁场强度就是BOPT；同理，如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度，便确定BRP的下限BRPB和上限BRPT；
其中，VOUT_1为0<＝Bin<BOPB时传感器的输出波形；VOUT_2为Bin稍微大于BOPB时传感器的输出波形；VOUT_3表示Bin不断增加导致的传感器输出波形翻转的概率变大，VOUT_4表示Bin进一步增加导致的传感器输出波形翻转的时间点向前移；VOUT_5为Bin>BOPT时传感器的输出波形。
2.一种开关型霍尔传感器噪声的测试方法，其特征在于，通过观察传感器的上电过程，间接测出传感器的噪声性能；
将开关型霍尔传感器放置于磁场发生器中；用信号发生器输出的方波信号对传感器供电，方波信号的幅度为0到VDD，VDD是传感器芯片的工作电压，周期为2*(Tpu+N*Ts),Tpu为传感器芯片的上电时间，Ts为传感器芯片的采样周期，N取5到10之间的整数，占空比为50％；
用示波器检测传感器的输出，示波器设置为上升沿触发，触发源为信号发生器产生的方波，余晖时间设置为无穷大；
当0<＝Bin<BOPB，传感器的第一输出波形VOUT_1近似等于信号发生器的输出波形，在信号发生器输出高电平时，传感器的输出也一直为高电平，不会出现翻转情况；
当Bin>BOPB,在信号发生器输出高电平时，传感器的输出波形VOUT_2会以较低的概率出现翻转的情况；
当BOPB<Bin<BOPT，随着Bin的不断增加，在信号发生器输出高电平时，传感器输出翻转的概率也越来越高，同时翻转的时间点也越来越向前移；
当Bin>BOPT，在信号发生器输出高电平时，传感器将会在上电后的第一个采样点发生翻转。
3.根据权利要求2所述的开关型霍尔传感器噪声的测试方法，其特征在于：
如果传感器芯片的上电初态为“1”，则从Bin＝0开始逐步增大磁场强度；如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度；每设置一次磁场强度Bin，都需要手动清除一次示波器余晖。
4.根据权利要求2所述的开关型霍尔传感器噪声的测试方法，其特征在于：
根据观测结果，VOUT_1与VOUT_2的临界值对应的磁场强度就是BOPB，VOUT_4与VOUT_5的临界值对应的磁场强度就是BOPT；同理，如果传感器芯片的上电初态为“0”，则从Bin＝0开始逐步减小磁场强度，便确定BRP的下限BRPB和上限BRPT；
其中，VOUT_1为0<＝Bin<BOPB时传感器的输出波形；VOUT_2为Bin稍微大于BOPB时传感器的输出波形；VOUT_3表示Bin不断增加导致的传感器输出波形翻转的概率变大，VOUT_4表示Bin进一步增加导致的传感器输出波形翻转的时间点向前移；VOUT_5为Bin>BOPT时传感器的输出波形。
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