汽車(chē)安全級(jí)別(Automotivr Safety Levels)的出現(xiàn)刺激了汽車(chē)領(lǐng)域?qū)τ诎踩蟮脑黾?，因而?IC 和傳感器的安全功能變得與某些應(yīng)用中的目標(biāo)性能指標(biāo)同樣重要。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，其安全性要求也與汽車(chē)市場(chǎng)類(lèi)似，隨著安全目標(biāo)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中成倍增加，客戶(hù)需要可用于診斷系統(tǒng)異常的智能傳感器。本文將以A1365為例，闡述用戶(hù)如何采用IC的內(nèi)置自檢模式來(lái)更加深入地了解他們的系統(tǒng)。

A1365及其自檢模式

A1365 的自檢模式涵蓋整個(gè)信號(hào)路徑，從模擬輸出 (VOUT) 和 FAULT 輸出引腳，直到霍爾傳感器的連接。請(qǐng)參考圖 1 中 A1365 的方框圖，其中以深色突出顯示的為片上測(cè)試電壓的注入點(diǎn)。

A1365 的自檢模式允許用戶(hù)在任何時(shí)候驗(yàn)證模擬信號(hào)路徑的連通性、靜態(tài)輸出電壓的漂移，以及過(guò)場(chǎng)故障(Over Field Fault)信號(hào)路徑的連接性和功能性。通過(guò)比較自檢模式下測(cè)量的電壓和各種時(shí)序，用戶(hù)還可以評(píng)估任何外部設(shè)備的完整性，其中也包括系統(tǒng) ADC 和過(guò)流故障控制等設(shè)備。故障自檢功能簡(jiǎn)化了 器件外部過(guò)流故障電路的線(xiàn)端驗(yàn)證，并且無(wú)需注入大的滿(mǎn)量程電流。

自檢模式旨在揭示霍爾路徑中的單點(diǎn)故障，但不測(cè)試霍爾傳感器本身的靈敏度。

圖 1：A1365 功能框圖。

啟用自檢模式

A1365的所有版本在銷(xiāo)售時(shí)均已經(jīng)設(shè)置為禁用自檢功能。但是，使用 Allegro A1365 樣片編程器和 ASEK 評(píng)估板可以輕松啟用自檢模式。如果需要，A1365 樣片編程器可在 Allegro網(wǎng)站上獲得https://registration.allegromicro.com 。

要在 A1365 上啟用自檢模式，請(qǐng)按下圖 2 所示 A1365 樣品編程器上的“開(kāi)機(jī)”按鈕[1]，打開(kāi)設(shè)備電源。通過(guò)使用“更新”按鈕 [2] 驗(yàn)證 VCC、ICC和輸出值是否按預(yù)期讀取，確認(rèn)設(shè)備正常運(yùn)行。

圖 2：A1365 樣片編程器的電源面板

編程器上的“存儲(chǔ)器”面板顯示 A1365 器件上的所有可用寄存器，以及每個(gè)寄存器功能的簡(jiǎn)要說(shuō)明。選擇“全選”按鈕，，然后選擇“讀取已選定”按鈕 ，它將讀回器件存儲(chǔ)器內(nèi)容并使用返回的數(shù)據(jù)填充代碼和值列。在對(duì)設(shè)備的存儲(chǔ)器進(jìn)行任何更改之前，最佳做法是保存 EEPROM 內(nèi)容的本地副本以便恢復(fù)。選擇“保存”按鈕以生成 .csv 或 .txt 文件以便妥善保管。

要啟用自檢模式，請(qǐng)參見(jiàn)圖 4。向下滾動(dòng)到 “ST_DIS”字段(自檢禁用)，選擇“取消全選”按鈕 [8]，然后使用復(fù)選框，只選擇“ST_DIS”。通過(guò)在單元格中鍵入“0”或在GUI上選擇“歸零已選”按鈕 ，將“ST_DIS”代碼列設(shè)置為“0”。準(zhǔn)備就緒后，按“寫(xiě)入已選”按鈕 ，將新值寫(xiě)入\ EEPROM。最佳做法是讀回相同的寄存器以驗(yàn)證更改。選擇“讀取已選”]確認(rèn)“ST_DIS”位已被清除。現(xiàn)在已經(jīng)啟用自檢模式。

初始化自檢模式

自檢模式啟用后，將 A1365 的 FAULT 引腳的電平降低來(lái)啟動(dòng)自檢模式。設(shè)備不會(huì)立即進(jìn)入自檢模式，F(xiàn)AULT 引腳必須保持低電平的時(shí)間超過(guò)“自檢開(kāi)始時(shí)間”才能進(jìn)入自檢診斷模式。自檢開(kāi)始時(shí)間是可編程設(shè)置，在編程字段“ST_START_TIME”中指定。有十六個(gè)代碼對(duì)應(yīng)于十二個(gè)離散的開(kāi)始時(shí)間值。表 1 列出了自檢開(kāi)始時(shí)間的可用代碼及其相應(yīng)的時(shí)間延遲。

表1：自檢開(kāi)始時(shí)間可用代碼及其相應(yīng)的延遲。

自檢開(kāi)始時(shí)間定義為 FAULT 引腳電壓 (VFAULT) 低于自檢閾值電壓 (VSTTH)，直到傳感器進(jìn)入自檢感應(yīng)模式。傳感器通過(guò)將模擬輸出驅(qū)動(dòng)至自檢低電壓 (VSTL)，進(jìn)入自檢感應(yīng)模式。如果在自檢開(kāi)始時(shí)間期間的任何時(shí)刻，傳感器檢測(cè)到磁輸入超過(guò)設(shè)定的故障閾值，則自檢定時(shí)器將復(fù)位。

圖3中的曲線(xiàn)顯示了在 A1365 上，對(duì)所有自檢開(kāi)始時(shí)間代碼，F(xiàn)AULT 管腳電平降低，VOUT 達(dá)到 VSTL的時(shí)間。

圖3：所有代碼的自檢開(kāi)始時(shí)間。

自檢故障請(qǐng)求時(shí)間

自檢故障請(qǐng)求模式允許用戶(hù)驗(yàn)證 A1365 的用戶(hù)編程故障閾值。在 FAULT 引腳釋放的時(shí)間超過(guò)自檢故障請(qǐng)求時(shí)間(ST_FR_TIME)后，器件將進(jìn)入自檢故障模式。引腳釋放后，但在自檢故障請(qǐng)求時(shí)間到期之前，輸出被驅(qū)動(dòng)為自檢高電壓 (VSTH)。當(dāng)器件進(jìn)入自檢故障請(qǐng)求模式時(shí)，器件的輸出被驅(qū)動(dòng)為飽和 (VSAT(HIGH))。表 2 列出了自檢故障請(qǐng)求時(shí)間(ST_FR_TIME)的可用代碼及其相應(yīng)的延遲。

表2：自檢故障請(qǐng)求時(shí)間(ST_FR_TIME)的可用代碼及其相應(yīng)的延遲。

在自檢故障模式下，A1365 將 VOUT 驅(qū)動(dòng)為飽和狀態(tài)，包括 VSAT(H) 和 VSAT(L)。當(dāng) VOUT 超過(guò)用戶(hù)編程的故障閾值 (FLT_THRESH) 時(shí)，傳感器的 FAULT 引腳將置位以指示故障狀態(tài)。請(qǐng)注意，如果啟用了鉗位，此模式會(huì)暫時(shí)禁用鉗位。

自檢故障脈沖寬度時(shí)間

A1365 將驅(qū)動(dòng)并保持 VOUT 至每個(gè)測(cè)試電壓一段時(shí)間，該時(shí)間由自檢故障脈沖寬度時(shí)間 (ST_FPW_TIME) 定義。表 3 列出了自檢故障脈沖寬度時(shí)間的可用代碼及其相應(yīng)的脈沖寬度時(shí)間。

表3：自檢故障脈沖寬度時(shí)間的可用代碼及其相應(yīng)的脈沖寬度時(shí)間。

完整的自檢模式序列

完整的自檢模式序列如圖 3 所示。自檢模式期間的施加磁場(chǎng)必須為零。

圖 6：完整的自檢模式序列。

對(duì)于圖 6 中的情況，ST_START_TIME = 50 ms、ST_FR_TIME = 10 ms 和 ST_FPW_TIME = 10 ms。自檢和磁性故障設(shè)置如圖 7 所示。

圖 7：完整自檢模式序列中的自檢和故障設(shè)置。

自檢序列在下面的列表中描述。每個(gè)步驟對(duì)應(yīng)于圖 7 中繪圖的時(shí)間點(diǎn)。

l FAULT 引腳從外部拉至低電平以啟動(dòng)自檢模式。此時(shí) A1365 仍能正確響應(yīng)磁場(chǎng)。

l 器件在 ST_START_ TIME 后進(jìn)入自檢感應(yīng)模式，并將 VOUT 驅(qū)動(dòng)至 VSTL。

l VOUT 保持在 VSTL ，直到 FAULT 引腳被釋放。

l 在自檢故障請(qǐng)求時(shí)間 ST_FR_TIME 的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，VOUT 被驅(qū)動(dòng)至 VSTH。

l 器件進(jìn)入自檢故障請(qǐng)求模式，在 ST_FPW_TIME 器件，VOUT被驅(qū)動(dòng)至 VSAT(H) ，并且FAULT引腳被置位。

l 在 ST_FPW_TIME (10 ms)，VOUT被驅(qū)動(dòng)至 QVO，并且 FAULT 引腳復(fù)位。

l 在 ST_FPW_TIME (10 ms)，VOUT 被驅(qū)動(dòng)至 VSAT(L)，并且 FAULT 引腳被置位。

l 自檢序列完成后，器件返回正常操作(任務(wù)模式)。

應(yīng)用案例

A1365 的自檢模式可用于驗(yàn)證嚴(yán)重異常和單點(diǎn)故障。此功能還可用于確認(rèn)其他系統(tǒng)器件的完整性和時(shí)序，其中包括 ADC 和故障控制電路。圖 8 中的應(yīng)用原理圖顯示了這樣一個(gè)系統(tǒng)。A1365 安裝在疊片鐵芯的間隙中，用于檢測(cè)導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。模擬輸出 VOUT 連接到 ADC，而 FAULT 引腳連接到微控制器上的通用 I/O 引腳。假設(shè)在發(fā)生過(guò)流情況時(shí)， I/O 連接的 FAULT 引腳發(fā)出系統(tǒng)中斷信號(hào)。該中斷通過(guò)斷開(kāi)導(dǎo)體中的電流來(lái)提示微控制器將系統(tǒng)置于安全狀態(tài)。

圖 8：A1365、ADC 和過(guò)流故障控制的應(yīng)用原理圖。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于汽車(chē)和工業(yè)等安全性要求非常高的應(yīng)用，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要從系統(tǒng)性能指標(biāo)上留出一定冗余，保證系統(tǒng)的安全，器件本身的安全功能也非常重要。1365 線(xiàn)性霍爾效應(yīng)傳感器 IC 專(zhuān)門(mén)針對(duì)電流感應(yīng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能以高帶寬高分辨率提供高精確度輸出，其獨(dú)特的自檢診斷模式可用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的高水平安全功能，因而是電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)以及其他工業(yè)應(yīng)用的理想之選。