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汽車設計人員必須提供比傳統位置感測技術更高性能和靈活的元件。這些元 件還必須能適應多種應用。為滿足這些需求，必須在元件內整合傳統接觸型感測器技 術和非接觸感測器技術中所包含的各種最佳設計要素。

隨著今天的汽車整合越來越多的電子和控制系統，工程師正面臨將這些電子元件整合在汽 車內所帶來的挑戰，特別是對用於保證汽車的安全性、降低油耗以及降低輻射的感測器和其他回饋(各參數)電路而言。

為了使處理更高速度和 I/O功能的處理器維持一致性，電子系統設計師正面臨改善系統解析度及訊號品質方面的各種挑戰。對於目前汽車環境中使用的任何感測技術來說，機械靈活性、 環境穩定性以及訊號完整性是關鍵設計特性。

對電子元件的要求之一是其能承受的工作溫度範圍。從-40℃的寒冷環境溫度到引擎車箱內超 過+150℃的環境，感測器和相關電子元件都面臨目前材料所能承受的極限溫度。另外，可變渦輪增壓器還將所要求的極限溫度持續推高，可能超過+180℃， 這促使設計人員必須開發能滿足這些需求的材料和封裝。

同時，感測器必須能接受整體系統需求的各種機械配置。像電位計和霍耳效應元件(技 術)這些傳統感測元件可採用線型或環型封裝。上述兩種技術都各有優勢，電位計成本較低、技術成熟，且機械結構靈活，而霍爾效應元件磨損小， 訊號品質好，但實際選擇須依照系統應用而定。像電感式感測器 這些更先進的技術，則利用了上述兩種感測器的優勢，可實現更具強韌性的感測系統。

電位計技術具有很高的設計靈活性，它提供了一種與輸入 電壓成正比的輸出訊號。然而，該技術在某種程度上受其類比輸出訊號的特性限制。儘管這種訊號可轉變成數位格式，但是這種轉換需要額外的電子元件，增加了感 測器的成本。而且，轉換後的訊號還不是真正的高解析度數位格式。隨著汽車中採用越來越多的高速網路和通訊匯流排，需為每個電位計安排一個AD轉換器也是一 種缺點。電位計也是一種接觸感測技術，容易因長期工作和震動而磨損。當電位計的磨損變得明顯時，會導致訊號中含有過高的噪音。這會成為直接回饋控制迴路中 的問題。

霍爾效應感測器通常產生一種類比訊號，該元件與汽車系統的通訊由一顆ASIC實現，該ASIC可將類比訊號直接轉換成數位訊 號。由於霍爾技術測量的是高斯磁通量的變化，故需要非常精密的支撐系統來維持其整體性。這在一定程度上限制了這類元件的機械封裝靈活性。這種承載系統還會 增加感測器成本。有利的方面是，霍爾效應感測器是非接觸技術，因此不會像電位計因磨損而降低性能。通常，為控制影響霍爾效應感測器的高斯磁場，這類感測器 具有相對較短的移動距離；且霍爾效應感測器通常設計成低於180度的旋轉角度或小於25mm的直線運動距離。

最近，業界在開發新型電感式感測 技術上取得了一些進步，結合了電位計和霍爾效應這兩種技術的優點。由Optek Technologies開發的Autopad包含一個由兩 個印刷電路板組成的非接觸感測系統，其核心是訊號產生和感測。該元件能在兩塊電路板之間產生電感耦合，並由板上ASIC進行測量和轉換。

與 霍爾感測器不同，Autopad感測器允許在X、Y和Z軸的錯位，因此無需嚴格的承載系統。另外，ASIC使其成為真正的數位感測器，能產生可直接與高速 控制器通訊的12位元PWM訊號。如果需要，該訊號還能被轉換回類比格式。Autopad還能用多種實體結構來實現，包括旋轉和線形結構。旋轉設計可用於 角度錯位達360度的系統。線形感測器允許的錯位為20~200mm，甚至更遠。

隨著汽車產業的發展，設計工程師需要具有更高性能和靈 活性的元件。儘管傳統的感測技術具有其優點，但新型電感式感測技術的開發，為汽車電子帶 來的各種嚴苛技術挑戰提供了解決方案。這種感測技術的設計靈活性使其在多種汽車應用中成為可靠且更具成本效益的解決方案。

圖 1：包括電位計和霍爾效應元件在內的傳統感測技術。

圖 2：TT electronics OPTEK Technology公司的Autopad感測技術。

作者Mile Wills

汽車業務開發經理

Optek Technologies

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