应用描述

为了符合新出台的法规要求，提高燃油经济性和减少排放，汽车必须更加环保。只有通过改进传统内燃机效率，才能满足这些要求，这一目标要通过改进燃烧传感和控制性能付诸实现，因此需要更高的传感器和信号调理精度和集成度。车辆中通常有超过100个传感器，通常按功能可以分为6类，包括压力传感器、电流传感器、电容传感器、位置传感器、速度传感器和温度传感器。

系统需求与设计挑战

车辆传感器可用于传动系统、底盘/安全和车身系统。要改善燃油经济性、排放量和车辆性能，必须同时改进动力总成系统。对于传感器而言，这需要显著改善性能和/或实现各种功能，但在动态范围、精度、诊断和鲁棒性(EMC、ESD、温度等)方面实现这个目标具有很大挑战性。

压力传感器

在高压恶劣环境下，我们需要很多压力传感器来测量气体或流体压力。例如，有些传动系统需要测量缸内、变速箱油、柴油共轨、GDI燃油、柴油微粒滤清器(DPF)和废气再循环系统(EGR)的压力。安全应用包括制动液和乘客检测系统的重量或压力。高压恶劣环境应用要求传感器元件(容性或压阻)必须与信号调理IC分隔开。例如，压阻(应变计)解决方案可以测量最高达到2800 bar的压力。

应变计技术基于电阻电桥。四个应变计连接到一个薄膜，形成薄膜式压力传感器。输出信号小至10 mV。系统误差包括机械输出、热输出、容差和应变系数误差。总误差可以达到最高100%的FSR。因此，调理电路必须高度精确，具有低漂移。另外还需要与增益、失调、温度和线性度相关的多变量补偿。

压力传感器主要放置在恶劣环境中。典型工作温度范围为−40°C至+125°C，在某些情况下高达150°C。这些传感器还需要高抗电磁干扰能力和诊断功能。

电流传感器

为改进燃料经济性和能源管理，必须精确控制电磁阀在燃油喷射系统和自动变速箱中的位置。此外，还必须更加精确地监控“按需”电源的电机电流。我们通常遇到的设计挑战包括在恶劣环境中实现高精度、低失调(失调必须小于5 mV，失调漂移必须小于20 μV)、高带宽(有些情况需要高达500 kHz)、宽共模电压范围(最高6580 V)、宽工作温度范围(高达125°C)。

电容传感器

电容传感器具有多种优势，例如低系统成本、不同形状可行性和低功耗。它们通常在无钥匙进入门控系统接近传感器、雨量探测器、湿度传感器、燃油液面/品质传感器中作为近程检测器应用。电容传感器对环境变化敏感，因而必须具有很高的分辨率、精度、可调共模电容和抗电磁干扰能力。

位置和速度传感器

在EPS和BLDC/PMSM电机控制应用中，位置/速度测量需要快速响应、良好精度(最高达到5弧分)、鲁棒性和低漂移。另外还需要诊断功能。

温度传感器

在变速箱控制等高温汽车应用中，必须具有宽温度范围和高精度。典型工作温度范围为−40°C至+150°C，在某些情况下高达175°C。此外，还必须达到±2°C或±1°C的精度。

ADI公司的解决方案

ADI与全球领先汽车供应商建立了长期良好关系，而且在高性能信号处理、高可靠性和高质量产品开发方面具有丰富经验，处于业界领先地位，能够提供优化解决方案以应对这些挑战。

汽车传感器和传感器接口系统框图

注释：上述信号链代表汽车传感器和传感器接口系统框图。在具体设计中，模块的技术要求可能不同，但下表列出的产品代表了满足部分要求的ADI解决方案。

压力传感器

ADI公司的应变信号调理IC ADA4557是一款单电源桥式传感器信号调理器，额定温度范围为−40°C至+150°C，采用4 mm × 4 mm小型LFCSP封装。模拟输出在一个高级信号处理引擎中处理，该引擎集成数字可编程增益、输出失调校正、温度补偿和传感器非线性校正等功能。

ADA4557内置EEPROM，用于线路终端(EOL)校准编程，以及通过用作零线串行编程接口的输出引脚(OUT)进行调试。EEPROM存储增益、输出失调、温度补偿和非线性校正系数，以便在上电时配置器件。增益编程设置有20种，从6.3 V/V到821.5 V/V，步进为指数式。ADA4557还内置一个低压差(LDO)稳压器，以为内部电路提供低噪声稳压电源。

电流传感器

ADI的电流检测放大器在高端和低端都支持基于分流电阻的精密电流传感器。ADI提供10多种芯片，分别采用两种不同架构，包括差动放大器和电流检测放大器类型。差动放大器类型基于输入电阻分压器。AD8207/AD8208/AD8209器件内部带有电磁干扰滤波器，提供更高的抗电磁干扰性能。AD8207具有零漂移功能(失调漂移小于1 μV/°C)，最大失调小于0.5 mV。电流检测放大器类型基于高压工艺，可以承受高共模电压。它们具有低输入偏置电流和高输入阻抗，适合满足高带宽(最高达到500 kHz)和CMRR (最高达到120 dB)要求。两种架构类型都具备良好的输入共模阶跃响应功能。ADI还有电流阈值监控解决方案，用于总电流监控和过流保护。AD8214具有200 nS的极低传播延迟。

电容传感器

ADI拥有特殊的sigma-delta (Σ- )架构电容数字转换器(CDC)，采用出色的ADI ADC架构。Σ- 调制器使用电荷平衡技术，帮助客户更加轻松和精确地获取电容值。

AD5933是一款高精度阻抗转换器，片上集成频率发生器与12位、1 MSPS ADC。频率发生器允许用已知的信号来激励外部复阻抗。外部阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP引擎进行离散傅里叶变换(DFT)处理。DFT算法在每个频率上返回一个实部(R)数据字和一个虚部(I)数据字。它可在燃油液面/质量传感器中使用。它还可在灵活燃料应用中测量汽油和乙醇的混合比率。

位置和速度传感器

ADI在旋变数字转换器(RDC)市场拥有广泛的产品组合和悠久的历史。AD2S1205和AD2S1210能够处理高达3,125 RPS的跟踪速率。它们的精度可以达到±2.5弧分。AD2S1205是12位RDC，AD2S1210的10/12/14/16位分辨率可由用户设置。芯片具有差分输入和增量式编码器输出，以及可编程故障检测阈值。它们可在变速箱、EPS和HEV/EV电机中用于电机轴角度和速度测量。

ADI公司发布了一款各向异性磁阻(AMR)传感器ADA4571，集成了信号调理放大器和ADC驱动器。ADA4571产生两路模拟输出，指示周围磁场的角位置。

其在一个封装中包含两个芯片、一个AMR传感器和一个固定增益(标称增益为40)仪表放大器，提供与旋转磁场角度相关的干净且放大的余弦和正弦输出信号。输出电压范围与电源电压成比例。ADA4571含有两个互成45°角的惠斯登电桥。x-y传感器平面的旋转磁场提供两路正弦输出信号，且传感器与磁场方向的角度(α)3频率翻倍。在x-y平面的均质场内，输出信号与z方向(气隙)的物理位置无关。

温度传感器

ADI的TMP36精度达到满量程的±2°C，线性度为满量程的0.5°C，温度范围为−40°C到+125°C，具有模拟输出。ADI的ADT7311和ADT7312精度达到满量程的±1°C，温度范围为−40°C至+150°C，具有数字SPI输出。对于裸片封装，ADT7312的温度范围可以增加到−40至+175°C。

ADI公司产品

设计资源

评估板

X AD8555ARZ-EVAL

X EVAL- ADA4557

X EVAL-AD5933EBZ

X EVAL-AD2S1205SDZ

X EVAL-SDP-CB1Z

X EVAL-AD2S1210EDZ

X EVAL-CED1Z

X EVAL-ADT7X10EBZ

X EVAL-ADA4571

X EVAL-AD8417

X EVAL-AD8418A

ADI （亚德诺半导体技术有限公司）

Analog Devices, Inc.（简称ADI）。中国注册公司名字为“亚德诺半导体技术（上海）有限公司。美国纳斯达克上市公司 (NASDAQ代码: ADI)。

将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱，并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI公司是业界认可的数据转换和信号处理技术全球领先的供应商，拥有遍布世界各地的60,000客户，涵盖了全部类型的电子设备制造商。作为领先业界40多年的高性能模拟集成电路（IC）制造商，ADI的产品用于模拟信号和数字信号处理领域。

公司总部设在美国马萨诸塞州诺伍德市，设计和制造基地遍布全球。ADI公司被纳入标准普尔500指数（S&P 500 Index）。

产品类别

客户面临最终挑战是向市场推出具有竞争优势的产品。因此，面对的挑战是提高性能、精度、速度和集成度，降低器件尺寸、能耗和价格，与客户更有效紧密地开展合作—这一切均能进一步提高创新能力。由于ADI专注于创造更具创新、更可靠的产品，ADI不仅将持续处于技术领先地位，还将证明，ADI的产品的与众不同是为客户创造巨大价值的关键所在。AD阵容不断扩大的创新产品有：放大器和线性产品、数据转换器、音频和视频产品、宽带产品、时钟和定时IC、光纤和光通信产品、接口和隔离、MEMS和传感器、电源和散热管理、处理器和DSP、RF和IF ICs、开关和多路复用器等等。