采用具有自检模式的可编程线性霍尔效应传感器提高系统安全性

汽车安全级别(Automotivr Safety Levels)的出现刺激了汽车领域对于安全要求的增加，因而使 IC 和传感器的安全功能变得与某些应用中的目标性能指标同样重要。对于工业应用系统，其安全性要求也与汽车市场类似，随着安全目标在整个系统设计过程中成倍增加，客户需要可用于诊断系统异常的智能传感器。本文将以A1365为例，阐述用户如何采用IC的内置自检模式来更加深入地了解他们的系统。

A1365及其自检模式

A1365 的自检模式涵盖整个信号路径，从模拟输出 (VOUT) 和 FAULT 输出引脚，直到霍尔传感器的连接。请参考图 1 中 A1365 的方框图，其中以深色突出显示的为片上测试电压的注入点。

A1365 的自检模式允许用户在任何时候验证模拟信号路径的连通性、静态输出电压的漂移，以及过场故障(Over Field Fault)信号路径的连接性和功能性。通过比较自检模式下测量的电压和各种时序，用户还可以评估任何外部设备的完整性，其中也包括系统 ADC 和过流故障控制等设备。故障自检功能简化了 器件外部过流故障电路的线端验证，并且无需注入大的满量程电流。

自检模式旨在揭示霍尔路径中的单点故障，但不测试霍尔传感器本身的灵敏度。

图 1：A1365 功能框图。

启用自检模式

A1365的所有版本在销售时均已经设置为禁用自检功能。但是，使用 Allegro A1365 样片编程器和 ASEK 评估板可以轻松启用自检模式。如果需要，A1365 样片编程器可在 Allegro网站上获得https://registration.allegromicro.com 。

要在 A1365 上启用自检模式，请按下图 2 所示 A1365 样品编程器上的“开机”按钮[1]，打开设备电源。通过使用“更新”按钮 [2] 验证 VCC、ICC和输出值是否按预期读取，确认设备正常运行。

图 2：A1365 样片编程器的电源面板

编程器上的“存储器”面板显示 A1365 器件上的所有可用寄存器，以及每个寄存器功能的简要说明。选择“全选”按钮，，然后选择“读取已选定”按钮 ，它将读回器件存储器内容并使用返回的数据填充代码和值列。在对设备的存储器进行任何更改之前，最佳做法是保存 EEPROM 内容的本地副本以便恢复。选择“保存”按钮以生成 .csv 或 .txt 文件以便妥善保管。

要启用自检模式，请参见图 4。向下滚动到 “ST_DIS”字段(自检禁用)，选择“取消全选”按钮 [8]，然后使用复选框，只选择“ST_DIS”。通过在单元格中键入“0”或在GUI上选择“归零已选”按钮 ，将“ST_DIS”代码列设置为“0”。准备就绪后，按“写入已选”按钮 ，将新值写入\ EEPROM。最佳做法是读回相同的寄存器以验证更改。选择“读取已选”]确认“ST_DIS”位已被清除。现在已经启用自检模式。

初始化自检模式

自检模式启用后，将 A1365 的 FAULT 引脚的电平降低来启动自检模式。设备不会立即进入自检模式，FAULT 引脚必须保持低电平的时间超过“自检开始时间”才能进入自检诊断模式。自检开始时间是可编程设置，在编程字段“ST_START_TIME”中指定。有十六个代码对应于十二个离散的开始时间值。表 1 列出了自检开始时间的可用代码及其相应的时间延迟。

表1：自检开始时间可用代码及其相应的延迟。

自检开始时间定义为 FAULT 引脚电压 (VFAULT) 低于自检阈值电压 (VSTTH)，直到传感器进入自检感应模式。传感器通过将模拟输出驱动至自检低电压 (VSTL)，进入自检感应模式。如果在自检开始时间期间的任何时刻，传感器检测到磁输入超过设定的故障阈值，则自检定时器将复位。

图3中的曲线显示了在 A1365 上，对所有自检开始时间代码，FAULT 管脚电平降低，VOUT 达到 VSTL的时间。

图3：所有代码的自检开始时间。

自检故障请求时间

自检故障请求模式允许用户验证 A1365 的用户编程故障阈值。在 FAULT 引脚释放的时间超过自检故障请求时间(ST_FR_TIME)后，器件将进入自检故障模式。引脚释放后，但在自检故障请求时间到期之前，输出被驱动为自检高电压 (VSTH)。当器件进入自检故障请求模式时，器件的输出被驱动为饱和 (VSAT(HIGH))。表 2 列出了自检故障请求时间(ST_FR_TIME)的可用代码及其相应的延迟。

表2：自检故障请求时间(ST_FR_TIME)的可用代码及其相应的延迟。

在自检故障模式下，A1365 将 VOUT 驱动为饱和状态，包括 VSAT(H) 和 VSAT(L)。当 VOUT 超过用户编程的故障阈值 (FLT_THRESH) 时，传感器的 FAULT 引脚将置位以指示故障状态。请注意，如果启用了钳位，此模式会暂时禁用钳位。

自检故障脉冲宽度时间

A1365 将驱动并保持 VOUT 至每个测试电压一段时间，该时间由自检故障脉冲宽度时间 (ST_FPW_TIME) 定义。表 3 列出了自检故障脉冲宽度时间的可用代码及其相应的脉冲宽度时间。

表3：自检故障脉冲宽度时间的可用代码及其相应的脉冲宽度时间。

完整的自检模式序列

完整的自检模式序列如图 3 所示。自检模式期间的施加磁场必须为零。

图 6：完整的自检模式序列。

对于图 6 中的情况，ST_START_TIME = 50 ms、ST_FR_TIME = 10 ms 和 ST_FPW_TIME = 10 ms。自检和磁性故障设置如图 7 所示。

图 7：完整自检模式序列中的自检和故障设置。

自检序列在下面的列表中描述。每个步骤对应于图 7 中绘图的时间点。

l FAULT 引脚从外部拉至低电平以启动自检模式。此时 A1365 仍能正确响应磁场。

l 器件在 ST_START_ TIME 后进入自检感应模式，并将 VOUT 驱动至 VSTL。

l VOUT 保持在 VSTL ，直到 FAULT 引脚被释放。

l 在自检故障请求时间 ST_FR_TIME 的持续时间内，VOUT 被驱动至 VSTH。

l 器件进入自检故障请求模式，在 ST_FPW_TIME 器件，VOUT被驱动至 VSAT(H) ，并且FAULT引脚被置位。

l 在 ST_FPW_TIME (10 ms)，VOUT被驱动至 QVO，并且 FAULT 引脚复位。

l 在 ST_FPW_TIME (10 ms)，VOUT 被驱动至 VSAT(L)，并且 FAULT 引脚被置位。

l 自检序列完成后，器件返回正常操作(任务模式)。

应用案例

A1365 的自检模式可用于验证严重异常和单点故障。此功能还可用于确认其他系统器件的完整性和时序，其中包括 ADC 和故障控制电路。图 8 中的应用原理图显示了这样一个系统。A1365 安装在叠片铁芯的间隙中，用于检测导体中电流产生的磁场。模拟输出 VOUT 连接到 ADC，而 FAULT 引脚连接到微控制器上的通用 I/O 引脚。假设在发生过流情况时， I/O 连接的 FAULT 引脚发出系统中断信号。该中断通过断开导体中的电流来提示微控制器将系统置于安全状态。

图 8：A1365、ADC 和过流故障控制的应用原理图。

结束语

对于汽车和工业等安全性要求非常高的应用，在进行系统设计时，要从系统性能指标上留出一定冗余，保证系统的安全，器件本身的安全功能也非常重要。1365 线性霍尔效应传感器 IC 专门针对电流感应应用而设计，能以高带宽高分辨率提供高精确度输出，其独特的自检诊断模式可用于实现系统内的高水平安全功能，因而是电动汽车/混合动力汽车以及其他工业应用的理想之选。