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[导读]在电动助力转向系统(EPS)等安全关键的磁传感系统中,常常会使用冗余传感器解决方案,以便在满足严格安全要求的同时实现所需要的性能。双晶片线性磁传感器IC(例如Allegro A1346)在单个扁平型表面安装器件中封装两个传感器,能够节省PCB空间。除了需要磁系统有冗余、减少接线之外,还需要可作为总线的输出协议。

简介

在电动助力转向系统(EPS)等安全关键的磁传感系统中,常常会使用冗余传感器解决方案,以便在满足严格安全要求的同时实现所需要的性能。双晶片线性磁传感器IC(例如Allegro A1346)在单个扁平型表面安装器件中封装两个传感器,能够节省PCB空间。除了需要磁系统有冗余、减少接线之外,还需要可作为总线的输出协议。

基于定义明确且应用广泛的单边半字传输(SENT)协议,Allegro开发出专有的序列SENT(SSENT)和可寻址SENT(ASENT)方案。每个方案都允许最多四个器件共享输出线路。只要是使用SSENT和/或ASENT协议、设置为相同配置的器件均可使用这些方案,例如Allegro角度传感器IC。将输出集合到一条总线,会限制对于实现所需安全评级而至关重要的磁信息和诊断信息的接收速度。在本应用指南中,并未考虑延长的数据半字节,因为它们会对每个SENT协议增加相同的时间,因此不会影响我们判断哪个SENT协议最快。

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图1:序列SENT输出总线

序列SENT

A1346中使用的SSENT协议分为两种,短触发模式(SSENT Short)和长触发模式(SSENT Long)。两种SSENT方案都需要按相继顺序轮询传感器,如图1所示,这两种方案的区别在于如何处理特定长度的函数脉冲或触发条件。通过两种协议,主机控制器都必须在特定时间段内限制输出线路,以通知传感器IC发送磁测数据、执行诊断测试、锁存磁测数据,或对计数器再次同步。长触发模式允许更大的F_OUTPUT脉冲(SENT触发条件)长度范围,以实现SPC兼容性。这样就可以使用更短的触发条件请求SENT报文,因此总报文时间可以更短。

表1:短触发模式的SSENT函数脉冲,outmsg_mode=4。

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表2:长触发模式的SSENT函数脉冲,outmsg_mode=3。

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图2:可寻址SENT输出总线。

SSENT方案可配置性高,可满足各种系统要求。一个可用方案是位置标记。这个方案会添加特定长度的高峰期延迟,然后开始SENT同步脉冲,其长度由发出响应的传感器ID决定。这个方案被经常使用,以允许传感器基于所看到的位置标记脉冲对计数器进行再同步,提升协议的稳健性,允许传感器在没有主机控制器干预的情况下即恢复联机状态。

虽然位置标记方案可以提高输出线路的稳健性,但在传感器输出被断开的情况下,Allegro不建议对标志时间小于或等于1.22μs的情况使用这一方案,因为与传感器ID相关的延迟时间可能太短,传感器无法在此期间处理和给出新的样本。如果希望在系统允许范围内尽快产生SENT输出,位置标记就会导致记号时间限制。因此,本应用指南中并未考虑使用位置标记。

可寻址SENT

与必须按顺序轮询传感器的SSENT协议不同,A1346中的ASENT协议允许对传感器进行随机轮询。因此,这可以提高传感器在离线处理时的协议可靠性,而传感器采样的灵活性也更高。但这种协议的稳健性质是牺牲额外的报文长度而得来。为了让协议了解要轮询哪些传感器,函数脉冲伴随一个寻址脉冲,其包含7个记号高峰期,然后是5个记号低峰期。每增加一个传感器地址,都会增加一个寻址脉冲。传感器1(地址0)没有寻址脉冲,传感器2(地址1)有一个脉冲,以此类推,如图2所示。因此,对于使用地址3的传感器,其报文长度会增加36个记号,导致数据总线的稳健性和报文轮询速率相互抵消。

表3:ASENT函数脉冲,outmsg_mode= 5-7。

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最快报文速率输出模式

从图3和图4均可看出,总报文传输时间最短的输出协议是SSENT Long方案。这个方案使用的函数是outmsg_mode=3(地址0x14位[2:0])。这个模式的最短触发长度是9个记号,因此可以实现比SSENT Short模式更快的数据速率(后者至少需要15个记号)。这个模式也与需要使用更长触发条件的控制器兼容,因此是磁测数据传输的理想选择。

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图3:带3个数据半字节的两个A1346传感器的总报文长度。

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图4:带3个数据半字节的四个A1346传感器的总报文长度。

结论

在电动助力转向系统等安全关键应用中,设备的冗余设计往往不是可有可无的选择,而是必须的考虑。为了节省将传感器连接至主机控制器的线束所占用的空间和成本,将多个传感器连接到单一输出总线的做法正在变得越来越普遍。同样,若想提升性能,磁测数据应该尽快轮询,以便进行外部处理。A1346具备的三种专有、可充当总线的模式(SSENT Short、SSENT Long和ASENT)在平衡速度、复杂性和传感器通信稳健性方面各有所长。

如果主要顾虑是接收磁测数据的速度,则所有A1346输出协议都应采用专有的快速SENT记号次数,相对于标准SENT协议,可大幅减少总报文时间。由于不需要寻址脉冲,长触发或短触发模式的SSENT都可以始终实现所有专有输出模式中最短的磁测数据接收时间。在这两个模式中,SSENT Long由于最小触发时间更短、每个传感器少6个记号,所以总体时间最短。使用A1346中提供的专有快速 SENT 方案,使传感器能够通过单一输出线路以高频率从多个传感器向电子控制器件传输准确的磁测数据,可以明显提升性能,降低系统成本和复杂性。

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