單芯片AMR磁阻傳感并不單一的特色

縱觀磁傳感器的發(fā)展歷程，可以分為以下幾個(gè)階段，先是基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，到基于各向異性磁阻效應(yīng)的磁傳感器，也就是AMR傳感，再到基于巨磁阻的GMR傳感，最后是基于隧道磁阻的TMR傳感。拋開霍爾效應(yīng)傳感這個(gè)我們了解且應(yīng)用最多的一類磁傳感，AMR、GMR和TMR都有各自的特色。

AMR異向磁阻效應(yīng)即有些材料中的磁阻變化與磁場(chǎng)和電流間夾角有關(guān)。這種特性涉及到材料中的S軌道與d軌道電子散射各向異性，這種特性可以用來精確測(cè)量磁場(chǎng)。AMR傳感一般都采用橋式構(gòu)造，磁電阻比在3%左右。這種AMR傳感在運(yùn)控應(yīng)用，尤其是車規(guī)級(jí)運(yùn)控應(yīng)用上有很多應(yīng)用。除了必需的高精度之外，每家做AMR傳感的廠商都有一些不同的東西。

ADI集成式AMR傳感

ADI在磁場(chǎng)傳感上所采用的架構(gòu)能較大限度地發(fā)揮單芯片方案的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)提供足夠的功能以滿足小器件數(shù)下的不同應(yīng)用需求。

ADA4571是雙通道各向異性磁阻（AMR）傳感器，集成信號(hào)調(diào)理放大器和ADC驅(qū)動(dòng)器，產(chǎn)生模擬輸出指示磁場(chǎng)的角位置。作為用于冗余系統(tǒng)的高精雙通道AMR傳感，在0°到180°的測(cè)量范圍內(nèi)能做到不大于0.1°的誤差，高精度是此類傳感器件的前提。

在每一個(gè)通道中，一個(gè)封裝內(nèi)集成了一個(gè)AMR傳感和可變?cè)鲆?a target="_blank">儀表放大器。眾所周知系統(tǒng)的組成部分越多，那么對(duì)每個(gè)組成部分的靈敏度及誤差要求就越高。在集成性足夠高的情況下將精度控制得這么好實(shí)屬難得。ADA4571即使在微弱的飽和場(chǎng)中亦能實(shí)現(xiàn)極高的測(cè)量精度，而且在與IC封裝平面平行的均質(zhì)場(chǎng)內(nèi)，輸出信號(hào)與傳感器和磁體之間的氣隙基本無關(guān)，對(duì)氣隙變化的敏感度非常小。

ADI的AMR傳感器采用惠斯登電橋配置，與單一阻性元件相比，支持更寬的輸出電壓擺幅，還能抑制較大的直流失調(diào)。在ADA4571中，每個(gè)檢測(cè)通道含有兩個(gè)單獨(dú)的且互成45°角的惠斯登電橋。對(duì)于ADA4571這種機(jī)械式角度度量體系的傳感，在磁角的計(jì)算中，絕對(duì)電壓和絕對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度都不重要，因此，與其他的角度傳感器技術(shù)相比，它對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度和電壓幅值變化及漂移都不敏感。

在對(duì)運(yùn)動(dòng)控制與定位應(yīng)用來說，這種高精度低漂移的位置檢測(cè)器件無疑是很受關(guān)注的。

NXP KMA/Z AMR傳感

NXP的AMR傳感除了高精度外，還能提供很低的功耗。其車規(guī)級(jí)AMR系列在整個(gè)溫度范圍和生命周期內(nèi)具備±1%的精確度，同時(shí)在整個(gè)生命周期內(nèi)不太受參數(shù)降級(jí)的影響，對(duì)磁鐵老化不敏感。

同樣，我們選擇雙通道的AMR傳感來看，KMA220在單一封裝內(nèi)集成磁阻MR傳感器電橋、混合信號(hào)集成電路IC和所需的電容。集成的兩路通道均以完全獨(dú)立的方式工作。獨(dú)立的單一封裝雙通道傳感器模塊由于集成了濾波器，在電磁兼容性上也尤為出色。

該系列工作溫度范圍很高，能達(dá)到160℃，這比市面上很多同類產(chǎn)品高出了大概10%。這個(gè)系列里所有型號(hào)，都采用了鎖定位提供寫保護(hù)的故障安全非易失性存儲(chǔ)器，允許用戶將每條通道的角度范圍、零角度和鉗位電壓永久保存在非易失性存儲(chǔ)器中。這也是NXP獨(dú)具特色的地方。

另外每個(gè)通道中包括了一個(gè)循環(huán)冗余檢查（CRC）、一個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)和校正（EDC）以及磁鐵損耗，以確保安全。如果混合信號(hào)IC的電源電壓或接地線中斷，則功率損耗檢測(cè)電路將模擬輸出拉到剩余的連接。在設(shè)計(jì)上NXP的AMR IC系列提供了很多參考。

多維AMR傳感

多維科技是國(guó)內(nèi)少數(shù)掌握TMR的傳感器公司，在AMR上雖然產(chǎn)品不多，但是每個(gè)系列的性能都不輸其他同類一流產(chǎn)品。

AMR4100是多維最新的AMR傳感，是一款高精度、模擬信號(hào)輸出的雙軸位置傳感。AMR4100輸出相位相差45°的兩組模擬電壓信號(hào)（正弦、余弦），兩組模擬電壓的信號(hào)周期為磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)周期的兩倍。通過對(duì)兩組模擬電壓信號(hào)的解算實(shí)時(shí)確定目標(biāo)磁場(chǎng)的角度位置。測(cè)量精度處于國(guó)際一流水平，絕對(duì)精度0.1°。

芯片內(nèi)部AMR磁阻工作在飽和區(qū)，其輸出信號(hào)將不隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，這使得AMR4100能夠更好地適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境，如測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行過程中氣隙振動(dòng)或是高溫退磁工況。

在常規(guī)的溫度覆蓋范圍下，多維能提供比同類產(chǎn)品更優(yōu)越的溫度穩(wěn)定性。這是因?yàn)樾酒瑑?nèi)部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有效地補(bǔ)償了傳感器的溫度漂移，提高了傳感器芯片在多種應(yīng)用環(huán)境下的測(cè)量精度，還順便減小了被測(cè)對(duì)象與芯片安裝間距的限制要求。不管是從精度還是細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，國(guó)產(chǎn)的AMR傳感面對(duì)國(guó)際大廠的AMR傳感并未落入下風(fēng)，反而在某些方面上還做得更細(xì)。

小結(jié)

在AMR傳感的測(cè)量范圍內(nèi)，它有著優(yōu)秀的功耗、靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于運(yùn)控應(yīng)用來說，要實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，位置控制是避不開的一環(huán)。AMR傳感正好能提供這種精準(zhǔn)的位置測(cè)量。