三大磁阻效應(yīng)傳感器技術(shù)對比

磁傳感器在很多領(lǐng)域都有著重要作用，作為一類大家熟知的傳感器類型，它的發(fā)展可以分為以下幾個階段，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（AMR傳感），還有基于巨磁阻的GMR傳感，還有基于隧道磁阻的TMR傳感。拋開霍爾效應(yīng)傳感這個我們了解得最多的一類磁傳感，各向異性磁阻、巨磁阻和隧道磁阻這三類磁傳感有哪些不同的技術(shù)特點(diǎn)呢？

三者的最基本的原理可以說都基于最原始的磁阻效應(yīng)，即通有電流的導(dǎo)體上施加磁場，導(dǎo)體電阻值會發(fā)生明顯的變化。各向異性磁阻效應(yīng)是材料中的磁阻變化與磁場和電流間夾角有關(guān)，涉及到材料中的S軌道與d軌道電子散射各向異性。AMR傳感一般都采用橋式構(gòu)造，磁電阻比（ΔR/Rmin）在3%左右，AMR傳感在運(yùn)控應(yīng)用，尤其是車規(guī)級運(yùn)控應(yīng)用上有很多應(yīng)用。

巨磁阻效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。簡單來說，某種條件下物質(zhì)在磁場中電阻率減小的幅度非常大，就稱為巨磁阻效應(yīng)。GMR傳感一般也采用橋式構(gòu)造，磁電阻比在15%左右。

隧道磁阻效應(yīng)指的是在鐵磁—絕緣體薄膜—鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應(yīng)。掌握TMR傳感技術(shù)的企業(yè)并不算多，其高靈敏度、磁阻效應(yīng)大等優(yōu)勢伴隨著是很高的技術(shù)門檻。TMR傳感同樣采用橋式構(gòu)造，磁電阻比往往大于50%。

（三大技術(shù)領(lǐng)先指標(biāo)對比）

AMR傳感IC

基于AMR的磁傳感不少大廠都有在做，畢竟現(xiàn)在在車規(guī)級的角度傳感器上AMR傳感有著不可忽視的重要作用。這里挑選的是NXP的AMR傳感IC。

（圖源：NXP）

以NXP的AMR傳感為例，這類磁傳感在提供高精度的測量外，還能提供很低的功耗。車規(guī)級AMR傳感IC在其整個溫度范圍和生命周期內(nèi)具備±1%的精確度，這也是目前AMR傳感較為標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)精度。

至于器件受到參數(shù)降級的影響有多大，對磁鐵老化敏不敏感，則要具體到每一家來看。NXP的AMR傳感在單一封裝內(nèi)集成磁阻MR傳感器電橋、混合信號集成電路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，幾乎不受參數(shù)降級的影響。不超過10mA的器件功耗也是目前行業(yè)內(nèi)較為領(lǐng)先的水準(zhǔn)。
從整個行業(yè)平均水準(zhǔn)來看，因?yàn)槠浼夹g(shù)的限制，一流廠商的分辨率、響應(yīng)時間、溫漂這些參數(shù)都相差不大。例如ADI的AMR在漂移上更為出色，NXP的AMR在溫度覆蓋上則明顯高出同行。

GMR傳感IC

掌握GMR傳感的廠商相比于AMR來說少了很多，英飛凌是少數(shù)掌握AMR、GMR以及TMR的廠商，GMR傳感的性能我們以英飛凌為例。

（圖源：英飛凌）

英飛凌的角度傳感大多集成了幾種技術(shù)在一起，單摘GMR技術(shù)來看，英飛凌的GMR傳感器非常適用于廣角范圍的應(yīng)用。英飛凌的GMR傳感能覆蓋0-360°全角度，且磁場工作范圍覆蓋30mT至50mT，2mOe的分辨率也是業(yè)內(nèi)一流GMR傳感的標(biāo)準(zhǔn)。

GMR傳感的響應(yīng)與AMR傳感的響應(yīng)并沒有拉開差距，都在10ns這個水平上，功耗也都在10mA這個水準(zhǔn)。值得注意的是，GMR傳感在尺寸上一般是這幾種技術(shù)中最大的，但英飛凌采用了創(chuàng)新的堆疊安裝技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)且節(jié)省空間的TDSO封裝中結(jié)合了兩個獨(dú)立的傳感器，且厚度僅為1 mm左右，做到了和AMR傳感同一個尺寸水平。

TMR傳感IC

TMR技術(shù)屬于這幾種技術(shù)中門檻最高的，但其靈敏度、磁阻效應(yīng)也是最為領(lǐng)先的。Crocus的TMR傳感代表了TMR技術(shù)在世界范圍的技術(shù)風(fēng)向。

（圖源：Crocus）

Crocus的TMR傳感靈敏度范圍為最大為±50mT，能夠測量超過1000A以上的電流，電流測量范圍大于±1000A的指標(biāo)可以說是行業(yè)高端TMR技術(shù)的一個硬性指標(biāo)。在±20mT的測量范圍下，小于0.5%的總誤差，TMR技術(shù)里這種級別的線性度上下幅度可以說是業(yè)內(nèi)天花板了。

相對于AMR和GMR來說，TMR靈敏度可以說是數(shù)量級的領(lǐng)先，同時其溫漂更加穩(wěn)定。在響應(yīng)時間上，前兩者幾乎都在10ns標(biāo)準(zhǔn)上，TMR的響應(yīng)時間，僅為0.1ns。TMR傳感器芯片，尺寸一直是困擾其拓展應(yīng)用的攔路虎，目前最小是0.5×0.5mm，但多數(shù)廠商都做不到。

小結(jié)

在AMR傳感的測量范圍內(nèi)，它有著優(yōu)秀的功耗、靈敏度和響應(yīng)時間。對于運(yùn)控應(yīng)用來說，AMR傳感正好能提供這種精準(zhǔn)的位置測量而且成本也是廠商能夠接受的。GMR傳感在提供更高精度之外，不同廠商賦予了GMR不同的優(yōu)勢，大大拓寬了GMR傳感的應(yīng)用范圍。TMR作為集各種優(yōu)勢于一身的技術(shù)，基于TMR磁傳感器的產(chǎn)品在智慧家庭和智能汽車領(lǐng)域?qū)卣垢嗟膽?yīng)用。單從技術(shù)來看，不管是基于何種技術(shù)的磁傳感，如何在封裝大小、線性度、敏感度、測量范圍、測量精度以及成本上做出差異和優(yōu)勢，這是更值得關(guān)注的問題。而歸根到底，材料和制造水平的發(fā)展才是重中之重。