CN104422785A - 一种磁电式转速传感器处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁电式转速传感器处理装置和方法，该装置包括滤波模块、限幅模块、放大模块和整形模块，其中，滤波模块用于对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块；限幅模块用于将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块；放大模块用于将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块；整形模块用于将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。本发明技术方案中的处理装置具有较好的通用性，对差模干扰的抑制能力很强，并具有很强的抗干扰能力。

Description

一种磁电式转速传感器处理装置和方法

技术领域

本发明涉及车辆电子技术领域，尤其涉及一种磁电式转速传感器处理装置和方法。

背景技术

发动机电子控制技术不仅能够有效地提高发动机的经济性，而且能够灵活地优化发动机的排放性能。电控燃油喷射和点火控制是发动机电子控制技术的核心。对于电控燃油喷射和点火控制来讲，准确地获取发动机的转速和相位，尤其是相位，是非常重要的。

然而，随着车辆控制功能的日益复杂，转速传感器处理电路工作的电磁环境也越来越复杂。因此，转速传感器处理电路需要具有很强的抗干扰能力。目前，针对转速传感器的处理电路已经有较为成熟的芯片。然而，经过实际的测试发现，在复杂的电磁环境下，其处理结果会出现错误，因此急需研发出一种新型强抗干扰磁电式转速传感器处理装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种磁电式转速传感器处理装置和方法，对差模干扰的抑制能力很强，并且具有很强的抗干扰能力和较好的通用性。

本发明提供了一种磁电式转速传感器处理装置，包括滤波模块、限幅模块、放大模块和整形模块，其中，

滤波模块用于对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块；

限幅模块用于将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块；

放大模块用于将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块；

整形模块用于将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。

优选地，所述滤波模块进一步包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2，磁电式转速传感器的地线信号X1和信号线信号X2分别接入第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2组成RC低通滤波器，用于对所述地线信号X1和信号线信号X2进行滤波。

优选地，所述限幅模块进一步包括四个相同的二极管，即第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1和第二二极管D2用于将地线信号X1经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF，其中VF为第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通压降，第三二极管D3和第四二极管D4用于将信号线信号X2经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF。

优选地，所述放大模块是对称结构，进一步包括三个相同的放大器、第三电阻R3和六个阻值相同的电阻，三个相同的放大器是第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3，六个阻值相同的电阻是第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，第一放大器U1用于放大地线信号X1经过限幅的信号，并输入第三放大器U3，第二放大器U2用于放大信号线信号X2经过限幅的信号，并输入第三放大器U3，第三放大器U3用于对地线信号X1与信号线信号X2的合并信号(X2-X1)进一步放大，第三电阻R3用于调节第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3的放大倍数，其中第三放大器U3输出的信号的电压VU3与地线信号X1经过限幅的信号的电压VX1和信号线信号X2经过限幅的信号的电压VX2满足：VU3=1+2(R4／R3)(VX2-VX1)。

优选地，所述整形模块进一步包括第四放大器U4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5和第十二电阻R12，其中第四放大器U4、第十电阻R10和第十一电阻R11用于将放大后的转速信号转化为-Vcc到+Vcc的方波信号，其中Vcc为5伏，第五二极管D5和第十二电阻R12用于将-Vcc到+Vcc的方波信号进一步整形为0伏-5伏的方波信号。

本发明还提供了一种磁电式转速传感器处理方法，包括以下步骤：

滤波模块对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块；

限幅模块将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块；

放大模块将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块；

整形模块将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。

优选地，所述滤波模块对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，进一步包括以下步骤：

滤波模块包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2；

磁电式转速传感器的地线信号X1和信号线信号X2分别接入第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2组成RC低通滤波器，对所述地线信号X1和信号线信号X2进行滤波。

优选地，所述限幅模块将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，进一步包括以下步骤：

限幅模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；

第一二极管D1和第二二极管D2将地线信号X1经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF，其中VF为第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通压降；

第三二极管D3和第四二极管D4将信号线信号X2经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF。

优选地，所述放大模块将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，进一步包括以下步骤：

放大模块是对称结构，包括三个相同的放大器、第三电阻R3和六个阻值相同的电阻，三个相同的放大器是第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3，六个阻值相同的电阻是第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9；

第一放大器U1放大地线信号X1经过限幅的信号，并输入第三放大器U3；

第二放大器U2放大信号线信号X2经过限幅的信号，并输入第三放大器U3；

第三放大器U3对地线信号X1与信号线信号X2的合并信号(X2-X1)进一步放大；

第三电阻R3调节第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3的放大倍数，其中第三放大器U3输出的信号的电压VU3与地线信号X1经过限幅的信号的电压VX1和信号线信号X2经过限幅的信号的电压VX2满足：VU3=1+2(R4／R3)(VX2-VX1)。

优选地，所述整形模块将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号，进一步包括以下步骤：

整形模块包括第四放大器U4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5和第十二电阻R12；

第四放大器U4、第十电阻R10和第十一电阻R11将放大后的转速信号转化为-Vcc到+Vcc的方波信号，其中Vcc为5伏；

第五二极管D5和第十二电阻R12将-Vcc到+Vcc的方波信号进一步整形为0伏-5伏的方波信号，其中，第四放大器U4的参考电平为Vref，从-Vcc翻转为+Vcc时对应的第三放大器U3输出的信号的电压VU3的电压为VinL，从+Vcc翻转为-Vcc时对应的第三放大器U3输出的信号的电压VU3的电压为VinH，VinL、VinH和Vref满足： 通过选择第十电阻R10、第十一电阻R11和第四放大器U4的参考电平，增大翻转区间VinL-VinH。

本发明技术方案中的处理装置由于仅由电容、电阻、二极管以及运算放大器组成，器件统型比较方便，对于不同的磁电式转速传感器，都可以很方便地选择相应的电容、电阻和二极管，具有较好的通用性；同时由于限幅和放大电路模块采用了差分输入和对称式设计，其对差模干扰的抑制能力很强；此外滤波模块设计了RC滤波器专门抑制共模干扰，因此具有很强的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明实施例中磁电式转速传感器处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中磁电式转速传感器处理装置的电路图。

图3为本发明实施例中磁电式转速传感器处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。但本发明的实施方式不限于此。

图1为本发明实施例中磁电式转速传感器处理装置的结构示意图。如图1所示，该磁电式转速传感器处理装置包括滤波模块、限幅模块、放大模块和整形模块，滤波模块与磁电式转速传感器连接，滤波模块、限幅模块、放大模块和整形模块依次连接。

其中，滤波模块对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块。

限幅模块将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块。

放大模块将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块。

整形模块将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。

下面描述各个模块的具体电路实现。图2为本发明实施例中磁电式转速传感器处理装置的电路图。如图2所示，滤波模块包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2。

磁电式转速传感器转速信号采用差分输入，磁电式转速传感器的地线信号X1和信号线信号X2分别接入第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2组成RC低通滤波器，对地线信号X1和信号线信号X2进行滤波。RC低通滤波器的滤波频率根据转速信号的最高工作频率确定。

限幅模块将滤波模块滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围。限幅模块包括四个相同的二极管，即第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，第一二极管D1和第二二极管D2将地线信号X1经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF，其中VF为第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通压降，第三二极管D3和第四二极管D4将信号线信号X2经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF。

VF需要根据放大器的放大倍数和供电电压确定，通过选择合理的VF使限幅后的转速信号经放大后的幅值处于放大器的线性工作区间内。

放大模块是对称结构，包括三个相同的放大器、第三电阻R3和六个阻值相同的电阻，三个相同的放大器是第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3，六个阻值相同的电阻是第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，第一放大器U1放大地线信号X1经过限幅的信号，并输入第三放大器U3，第二放大器U2放大信号线信号X2经过限幅的信号，并输入第三放大器U3，第三放大器U3对地线信号X1与信号线信号X2的合并信号(X2-X1)进一步放大，第三电阻R3调节第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3的放大倍数，其中第三放大器U3输出的信号的电压VU3与地线信号X1经过限幅的信号的电压VX1和信号线信号X2经过限幅的信号的电压VX2满足：VU3=1+2(R4／R3)(VX2-VX1)。

通过选择合理的第三电阻R3使限幅后的转速信号经放大后的幅值处于放大器的线性工作区间内。

整形模块将放大后的转速信号转化为单片机可以处理的0-5V的方波信号。整形模块进一步包括第四放大器U4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5和第十二电阻R12，其中第四放大器U4、第十电阻R10和第十一电阻R11将放大后的转速信号转化为-Vcc到+Vcc的方波信号，其中Vcc为5伏，第五二极管D5和第十二电阻R12将-Vcc到+Vcc的方波信号进一步整形为0伏-5伏的方波信号。

下面描述该磁电式转速传感器处理装置的工作流程。图3为本发明实施例中磁电式转速传感器处理流程图。如图3所示，该流程包括以下步骤：

步骤301、滤波模块对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块。

进一步包括以下步骤：

滤波模块包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2；

磁电式转速传感器转速信号采用差分输入，磁电式转速传感器的地线信号X1和信号线信号X2分别接入第一电阻R1和第二电阻R2；

第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2组成RC低通滤波器，对地线信号X1和信号线信号X2进行滤波。

RC低通滤波器的滤波频率根据转速信号的最高工作频率确定。

步骤302、限幅模块将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块。

进一步包括以下步骤：

限幅模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；

第一二极管D1和第二二极管D2将地线信号X1经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF，其中VF为第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通压降；

第三二极管D3和第四二极管D4将信号线信号X2经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF。

VF需要根据放大器的放大倍数和供电电压确定，通过选择合理的VF使限幅后的转速信号经放大后的幅值处于放大器的线性工作区间内。

步骤303、放大模块将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块。

进一步包括以下步骤：

放大模块是对称结构，包括三个相同的放大器、第三电阻R3和六个阻值相同的电阻，三个相同的放大器是第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3，六个阻值相同的电阻是第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9；

第一放大器U1放大地线信号X1经过限幅的信号，并输入第三放大器U3；

第二放大器U2放大信号线信号X2经过限幅的信号，并输入第三放大器U3；

第三放大器U3对地线信号X1与信号线信号X2的合并信号(X2-X1)进一步放大；

第三电阻R3调节第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3的放大倍数，其中第三放大器U3输出的信号的电压VU3与地线信号X1经过限幅的信号的电压VX1和信号线信号X2经过限幅的信号的电压VX2满足：VU3=1+2(R4／R3)(VX2-VX1)。

通过选择合理的第三电阻R3使限幅后的转速信号经放大后的幅值处于放大器的线性工作区间内。

步骤304、整形模块将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。

进一步包括以下步骤：

整形模块包括第四放大器U4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5和第十二电阻R12；

第四放大器U4、第十电阻R10和第十一电阻R11将放大后的转速信号转化为-Vcc到+Vcc的方波信号，其中Vcc为5伏；

第五二极管D5和第十二电阻R12将-Vcc到+Vcc的方波信号进一步整形为0伏-5伏的方波信号，其中，第四放大器U4的参考电平为Vref，从-Vcc翻转为+Vcc时对应的第三放大器U3输出的信号的电压VU3的电压为VinL，从+Vcc翻转为-Vcc时对应的第三放大器U3输出的信号的电压VU3的电压为VinH，VinL、VinH和Vref满足： 通过选择第十电阻R10、第十一电阻R11和第四放大器U4的参考电平，增大翻转区间VinL-VinH。

本发明技术方案中的处理装置相比于传统的转速处理电路，由于仅由电容、电阻、二极管以及运算放大器组成，器件统型比较方便，对于不同的磁电式转速传感器，都可以很方便地选择相应的电容、电阻和二极管，具有较好的通用性；同时由于限幅和放大电路模块采用了差分输入和对称式设计，其对差模干扰的抑制能力很强；此外滤波模块设计了RC滤波器专门抑制共模干扰，因此具有很强的抗干扰能力。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁电式转速传感器处理装置，其特征在于，包括滤波模块、限幅模块、放大模块和整形模块，其中，

滤波模块用于对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块；

限幅模块用于将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块；

放大模块用于将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块；

整形模块用于将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。

2.根据权利要求1所述的一种磁电式转速传感器处理装置，其特征在于，所述滤波模块进一步包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2，磁电式转速传感器的地线信号X1和信号线信号X2分别接入第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2组成RC低通滤波器，用于对所述地线信号X1和信号线信号X2进行滤波。

3.根据权利要求1所述的一种磁电式转速传感器处理装置，其特征在于，所述限幅模块进一步包括四个相同的二极管，即第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1和第二二极管D2用于将地线信号X1经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF，其中VF为第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通压降，第三二极管D3和第四二极管D4用于将信号线信号X2经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF。

4.根据权利要求1所述的一种磁电式转速传感器处理装置，其特征在于，所述放大模块是对称结构，进一步包括三个相同的放大器、第三电阻R3和六个阻值相同的电阻，三个相同的放大器是第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3，六个阻值相同的电阻是第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，第一放大器U1用于放大地线信号X1经过限幅的信号，并输入第三放大器U3，第二放大器U2用于放大信号线信号X2经过限幅的信号，并输入第三放大器U3，第三放大器U3用于对地线信号X1与信号线信号X2的合并信号(X2-X1)进一步放大，第三电阻R3用于调节第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3的放大倍数，其中第三放大器U3输出的信号的电压VU3与地线信号X1经过限幅的信号的电压VX1和信号线信号X2经过限幅的信号的电压VX2满足：VU3=1+2(R4／R3)(VX2-VX1)。

5.根据权利要求1所述的一种磁电式转速传感器处理装置，其特征在于，所述整形模块进一步包括第四放大器U4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5和第十二电阻R12，其中第四放大器U4、第十电阻R10和第十一电阻R11用于将放大后的转速信号转化为-Vcc到+Vcc的方波信号，其中Vcc为5伏，第五二极管D5和第十二电阻R12用于将-Vcc到+Vcc的方波信号进一步整形为0伏-5伏的方波信号。

6.一种磁电式转速传感器处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

滤波模块对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，并发送给限幅模块；

限幅模块将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，并发送给放大模块；

放大模块将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，并发送给整形模块；

整形模块将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号。

7.根据权利要求6所述的一种磁电式转速传感器处理方法，其特征在于，所述滤波模块对磁电式转速传感器输入的转速信号进行滤波，消除转速信号的差模干扰成分，进一步包括以下步骤：

滤波模块包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2；

磁电式转速传感器的地线信号X1和信号线信号X2分别接入第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2组成RC低通滤波器，对所述地线信号X1和信号线信号X2进行滤波。

8.根据权利要求6所述的一种磁电式转速传感器处理方法，其特征在于，所述限幅模块将滤波后的转速信号的幅值限制到预设的范围，进一步包括以下步骤：

限幅模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；

第一二极管D1和第二二极管D2将地线信号X1经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF，其中VF为第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通压降；

第三二极管D3和第四二极管D4将信号线信号X2经过滤波后的信号幅值限制在-VF到+VF。

9.根据权利要求6所述的一种磁电式转速传感器处理方法，其特征在于，所述放大模块将限幅后的转速信号进行放大，提高转速信号的幅值和对共模干扰的抑制，进一步包括以下步骤：

放大模块是对称结构，包括三个相同的放大器、第三电阻R3和六个阻值相同的电阻，三个相同的放大器是第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3，六个阻值相同的电阻是第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9；

第一放大器U1放大地线信号X1经过限幅的信号，并输入第三放大器U3；

第二放大器U2放大信号线信号X2经过限幅的信号，并输入第三放大器U3；

第三放大器U3对地线信号X1与信号线信号X2的合并信号(X2-X1)进一步放大；

第三电阻R3调节第一放大器U1、第二放大器U2和第三放大器U3的放大倍数，其中第三放大器U3输出的信号的电压VU3与地线信号X1经过限幅的信号的电压VX1和信号线信号X2经过限幅的信号的电压VX2满足：VU3=1+2(R4／R3)(VX2-VX1)。

10.根据权利要求9所述的一种磁电式转速传感器处理方法，其特征在于，所述整形模块将放大的转速信号转化成单片机处理的方波信号，进一步包括以下步骤：

整形模块包括第四放大器U4、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5和第十二电阻R12；

第四放大器U4、第十电阻R10和第十一电阻R11将放大后的转速信号转化为-Vcc到+Vcc的方波信号，其中Vcc为5伏；

第五二极管D5和第十二电阻R12将-Vcc到+Vcc的方波信号进一步整形为0伏-5伏的方波信号，其中，第四放大器U4的参考电平为Vref，从-Vcc翻转为+Vcc时对应的第三放大器U3输出的信号的电压VU3的电压为VinL，从+Vcc翻转为-Vcc时对应的第三放大器U3输出的信号的电压VU3的电压为VinH，VinL、VinH和Vref满足： 通过选择第十电阻R10、第十一电阻R11和第四放大器U4的参考电平，增大翻转区间VinL-VinH。