電路設(shè)計MR 傳感器的作用

　　技術(shù)的進步使磁傳感器比以往任何時候都更小、更低功耗和更靈敏。由于這些進步，在設(shè)計需要位置開關(guān)的新系統(tǒng)時，應(yīng)該考慮磁阻 （MR） 傳感器，它始終比霍爾效應(yīng)和簧片開關(guān)具有顯著優(yōu)勢。

　　MR 傳感器是固態(tài)開關(guān)，沒有用于操作開關(guān)的機械部件。它們本質(zhì)上是全極的，當磁鐵的北極或南極的磁場在感應(yīng)范圍內(nèi)時它們就會啟動。MR 器件的感應(yīng)方向位于 IC 的平行平面內(nèi)，這與感應(yīng)垂直于 IC 的磁場的霍爾傳感器不同（圖 1）。當磁場從傳感器移除時，開關(guān)關(guān)閉。此外，MR 傳感器對磁場比霍爾效應(yīng)敏感得多，并且可以提供更大的靈活性，并且在應(yīng)用中需要成本更低的磁體。

　　圖 1：霍爾傳感器對垂直于其身體的磁場做出響應(yīng)，而 MR 設(shè)備對施加在與傳感器平行的方向上的磁場做出響應(yīng)。

　　電路設(shè)計的進步現(xiàn)在允許磁傳感器使用比以往低得多的功率。大多數(shù)磁傳感器制造商提供的傳感器僅使用微安電源電流為傳感器供電。隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的設(shè)計工程師正在轉(zhuǎn)向使用低功耗傳感器來替代電池供電應(yīng)用中的機械開關(guān)。

　　霍尼韋爾最近推出了新的磁阻傳感器 IC Nanopower 系列，其中包括兩個傳感器SM351LT和SM353LT，它們在 1.8 V DC下分別僅消耗 360 nA 和 310 nA 。這些傳感器采用微型 SOT-23 封裝（圖 2），工作溫度為 -40°C 至 85°C，是大多數(shù)電池供電應(yīng)用的理想開關(guān)。

　　圖 2：Honeywell 的磁阻傳感器 IC、Nanopower 系列采用 SOT-23 封裝。

　　霍尼韋爾毫微功率 MR 傳感器 IC 優(yōu)于霍爾效應(yīng)

　　與現(xiàn)有的霍爾傳感器相比，霍尼韋爾的新型 MR 傳感器 IC、Nanopower 系列提供了一些獨特的特性，這些特性轉(zhuǎn)化為幾個實際優(yōu)勢，包括更低的功耗、更低的系統(tǒng)成本、更高的設(shè)計靈活性、簡化的安裝以及更少的系統(tǒng)設(shè)計變化。

　　這些新傳感器的典型電流為 310 nA 和 360 nA，其功耗僅為當今可用的最高效霍爾效應(yīng)器件的1/16 。對于許多電池供電的設(shè)備，功率預(yù)算很嚴格，每納安都計算在內(nèi)，這可以讓設(shè)計工程師節(jié)省電池壽命，或者在其應(yīng)用中使用額外的低功耗技術(shù)來實現(xiàn)相同的功率預(yù)算。

　　為了滿足這些嚴格的要求，當今的許多應(yīng)用都采用了一種設(shè)計，該設(shè)計通過利用外部時鐘和電路來打開和關(guān)閉系統(tǒng)，從而使通過系統(tǒng)的平均電流降至 500 nA 以下，從而對磁傳感器進行電源循環(huán)?；裟犴f爾的新型 MR 傳感器 IC、Nanopower 系列利用時鐘在內(nèi)部循環(huán)供電（圖 3），因此可以簡化應(yīng)用設(shè)計。

　　圖 3：霍尼韋爾 SM351LT MR 傳感器的電氣框圖，該傳感器利用時鐘在內(nèi)部循環(huán)供電。

　　制造商還可以通過在傳感器的兩個或多個特性之間做出小的權(quán)衡來微調(diào)他們的設(shè)計，以更接近特定應(yīng)用的要求。這些權(quán)衡通常可以在關(guān)鍵能力方面產(chǎn)生顯著的收益，而對另一個參數(shù)的犧牲相對較小。最常見的權(quán)衡之一涉及平衡靈敏度與功耗。例如，霍尼韋爾的 SM351LT 專為需要超高磁靈敏度（典型操作為 7 高斯 （G），最大操作為 11 G）和極低電流消耗（典型為 360 nA）的應(yīng)用而設(shè)計。對于需要稍低磁靈敏度才能激活的應(yīng)用（典型值為 14 G，最大值為 20 G），SM353LT 可提供更低的電流消耗（典型值為 310 nA）。

　　除了節(jié)能外，傳感器的 CMOS 輸出電路無需外部上拉電阻。MR 傳感器還消除了用于過濾霍爾效應(yīng)器件常用的斬波電路產(chǎn)生的電噪聲所需的分立元件。消除這些分立元件可減少傳感器組件的物理尺寸，使其更易于在空間受限的應(yīng)用中使用。制造商還將了解減少的組件數(shù)量如何產(chǎn)生更簡單的組裝過程、更高的可靠性和更低的整體解決方案成本。

　　作為 MR 設(shè)備，這些新傳感器還提供比霍爾效應(yīng)設(shè)備更高的靈敏度。事實上，在 7 G 和 14 G 的典型值下，與當今市場上的霍爾傳感器相比，這些傳感器可以以高達兩倍或更多的距離感應(yīng)相同的磁體目標。通過允許設(shè)計人員在其系統(tǒng)中使用更小的磁體，甚至是由不同材料制成的磁體，這直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)成本。由于全球供應(yīng)短缺，稀土磁鐵價格正以極高的速度上漲，這一點在今天更為重要。

　　這些 MR 設(shè)備提供的高靈敏度還可以為設(shè)計提供更大的靈活性。使用更高靈敏度的 MR 傳感器將允許磁性目標和傳感器之間有更大的氣隙。這在許多電路板空間有限或傳感器的理想位置需要距離目標不止幾毫米的應(yīng)用中非常有用。

　　MR 設(shè)備的全極性特性還可以實現(xiàn)更簡化的安裝和更少的制造步驟，這可能會導(dǎo)致應(yīng)用質(zhì)量問題。與單極霍爾傳感器不同，MR 傳感器使用磁體的任一極進行驅(qū)動，這意味著在安裝傳感器之前確定磁性目標的正確極的步驟是不必要的。反過來，這應(yīng)該會減少由于磁鐵在應(yīng)用中的錯位而導(dǎo)致的問題，并減少制造過程中的步驟。

　　系統(tǒng)設(shè)計的變化始終是設(shè)計工程師關(guān)心的問題，并且將其最小化始終是最重要的。在設(shè)計帶有磁傳感器的系統(tǒng)時，設(shè)計人員必須考慮磁體強度的變化、制造過程中傳感器和磁體的位置以及傳感器本身的靈敏度變化。將這些中的每一個都最小化可以實現(xiàn)更嚴格的規(guī)范并降低應(yīng)用程序的整體風(fēng)險。與其他最高為 ±15 G 的高靈敏度霍爾效應(yīng)傳感器相比，霍尼韋爾的新型磁阻傳感器 IC、Nanopower 系列有助于解決這一問題。SM351LT 的典型值為 7 G（最小 ± 4 G/最大），而 SM353LT 的典型值為 14 G（-8 G 最小值，+6 G 最大值）。

　　霍尼韋爾磁阻傳感器 IC，納米功率系列優(yōu)于簧片開關(guān)

　　霍尼韋爾的 SM351LT MR 傳感器 IC 毫微功率系列也應(yīng)考慮用于電池供電的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，由于低功率或高靈敏度需求，通常只使用簧片開關(guān)。在這兩種技術(shù)之間進行選擇時，重要的是要注意 MR 傳感器 IC 的獨特特性，Nanopower 系列如何解決與磁簧開關(guān)技術(shù)相關(guān)的許多問題，包括破損、可靠性、耐用性和尺寸，同時保持具有競爭力的價格使用非常少的功率的權(quán)衡。

　　簧片開關(guān)由一對可磁化的柔性金屬簧片組成，通常封裝在玻璃膠囊中。繼電器充當常開開關(guān)，可以通過磁場關(guān)閉，因此不使用電源來操作。此外，高靈敏度簧片開關(guān)可以達到高達 10 安培匝數(shù) （AT），當磁鐵的兩個磁極都直接位于開關(guān)上方時，這相當于大約 10 G。這種高靈敏度，再加上無需電源來驅(qū)動開關(guān)，使其能夠在水表和安全系統(tǒng)等具有高靈敏度需求的電池應(yīng)用中非常出色地工作。

　　另一方面，在安裝過程中彎曲引線或由于劇烈沖擊和振動導(dǎo)致的斷裂是這些磁性開關(guān)的常見問題。10 AT 簧片開關(guān)對于它們的應(yīng)用來說也可能相對較大，并且作為機械開關(guān)，它們會隨著時間的推移而磨損。

　　Nanopower 系列 SM351LT MR 傳感器 IC 旨在為設(shè)計工程師在電池供電應(yīng)用中提供舌簧開關(guān)的替代方案。7 G 典型值和 11 G 最大靈敏度使其能夠在相同距離處感應(yīng)磁性目標，甚至比最好的簧片開關(guān)還要好。此外，為傳感器供電所需的 360 nA 典型電源設(shè)計用于即使是對功率最敏感的電池供電應(yīng)用，包括水表和燃氣表。

　　除了高靈敏度和毫微功耗功能外，霍尼韋爾的 SM351LT MR 傳感器 IC 毫微功耗系列還是一款固態(tài)開關(guān)。這意味著沒有機械部件，傳感器永遠不會磨損。行業(yè)標準的 SOT-23 塑料成型封裝也比簧片開關(guān)中的玻璃封裝更小、更耐用。這創(chuàng)造了構(gòu)建更小的產(chǎn)品的能力，允許在安裝過程中減少破損，并且可以指望在沖擊和振動應(yīng)用中正常工作。

　　潛在的納米功率 MR 傳感器應(yīng)用示例

　　MR 傳感器的優(yōu)勢使它們能夠快速取代簧片開關(guān)和霍爾效應(yīng)器件的一些應(yīng)用包括：

　　燃氣表、水表和電表（防篡改開關(guān)）：傳感器通過外部大磁鐵檢測是否存在施加到公用事業(yè)表的磁場，以嘗試減慢或停止計表功能。高靈敏度可擴展范圍，而低工作功率可延長電池壽命。

　　燃氣表和水表（計數(shù)）：用作流量檢測的計數(shù)裝置。納米功率允許較長的電池壽命，通常預(yù)計為七到十年或更長時間。

　　安全傳感器的門窗位置：檢測門窗是否打開或關(guān)閉，并將信號發(fā)送到無線模塊，無線模塊將信號傳輸?shù)街醒肟刂茊卧M行處理。

　　商業(yè)建筑感煙探測器：本案例中，傳感器 作為測試開關(guān)，確保商業(yè)建筑感煙探測器的備用電池處于工作狀態(tài)。需要高靈敏度來確保工作人員有一個良好的感應(yīng)區(qū)域來測試系統(tǒng)，而不會出現(xiàn)錯誤的故障。

　　消費品和白色家電：用于感應(yīng)冰箱、微波爐、洗衣機、烘干機、自潔式烤箱和其他需要位置傳感器進行蓋/門關(guān)閉檢測的電器的門/蓋關(guān)閉。MR 傳感器的緊湊尺寸和高靈敏度在定位和安裝方面提供了更大的靈活性，從而實現(xiàn)了更具創(chuàng)造性、更具成本效益的設(shè)計。

　　醫(yī)療系統(tǒng)： MR傳感器的高靈敏度和超低功耗適用于電池供電的醫(yī)療設(shè)備，例如輸液泵的藥筒檢測。小尺寸有助于設(shè)計人員實現(xiàn)現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備所需的緊湊外形。

　　手持和移動設(shè)備： MR 傳感器的超低功耗特性和小尺寸使其適用于電池供電的消費電子應(yīng)用，這些應(yīng)用使用蓋子檢測使產(chǎn)品休眠以節(jié)省電力。

　　總結(jié)/結(jié)論

　　無論是改進現(xiàn)有設(shè)計，還是利用其獨特的功能來創(chuàng)建以前不可能的新型產(chǎn)品，MR 傳感器使設(shè)計人員擺脫了與早期機械簧片開關(guān)和霍爾效應(yīng)器件相關(guān)的限制。它們?yōu)?a href="http://ttokpm.com/v/" target="_blank">工業(yè)、醫(yī)療和消費應(yīng)用提供了具有成本效益的解決方案，這些應(yīng)用已經(jīng)改變了許多產(chǎn)品的設(shè)計和制造方式。

　　MR 傳感器的緊湊尺寸和高靈敏度為必須將這些傳感器集成到他們創(chuàng)建的產(chǎn)品中的設(shè)計人員開辟了新的自由度。設(shè)計人員可以利用 MR 傳感器的高靈敏度來利用更小、更便宜的磁體，或者通過使用更大的氣隙來增加設(shè)計靈活性。得益于固態(tài)設(shè)計、小尺寸和耐用的塑料模制封裝，設(shè)計人員可以利用更廣泛的 MR 傳感器定位選項，同時提高包含它們的產(chǎn)品的耐用性和可制造性。

　　霍尼韋爾的新型磁阻傳感器 IC，Nanopower 系列是遙感設(shè)備和其他電池供電應(yīng)用的游戲規(guī)則改變者，它可以顯著提高工作壽命。這些傳感器測得的平均電流消耗低于 500 nA，使設(shè)計人員能夠創(chuàng)建新類別的電池供電產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在其他位置傳感技術(shù)中是不實用的。