高精度＋內(nèi)置冗余，組合磁傳感或成為汽車位置傳感新風(fēng)向

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）傳感器在日常生活、工業(yè)制造和航空航天等各個(gè)領(lǐng)域都扮演著重要的角色，溫度傳感、壓力傳感、位置傳感等等傳感器構(gòu)建起了我們現(xiàn)在的感知網(wǎng)絡(luò)。在任何需要感知位置變化的場(chǎng)景應(yīng)用里，位置傳感器和編碼器可以說(shuō)是無(wú)處不在，不論是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)控制還是汽車的實(shí)時(shí)定位，現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備都需要依靠高精度的位置傳感持續(xù)為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)的位置信息。

位置傳感核心技術(shù)

磁性位置傳感這一大類別里，有基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，有基于各向異性磁阻效應(yīng)的AMR傳感器，有基于巨磁阻效應(yīng)的GMR傳感器，還有基于隧道磁阻效應(yīng)的TMR傳感，這些是目前位置傳感應(yīng)用里的核心傳感技術(shù)。

從應(yīng)用覆蓋率上來(lái)看，基于霍爾效應(yīng)的位置傳感在各類應(yīng)用里應(yīng)該都是最多的那一類選擇，霍爾元件對(duì)磁場(chǎng)敏感，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)體積也小，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化等各領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。3D霍爾效應(yīng)位置傳感器能否實(shí)現(xiàn)磁軸和溫度的任意組合是現(xiàn)在高端位置傳感應(yīng)用里比較看重的一項(xiàng)功能，也就是在更寬的磁場(chǎng)檢測(cè)范圍、更寬的環(huán)境溫度范圍中保持優(yōu)異的傳感性能。

基于各向異性磁阻效應(yīng)的AMR磁傳感在運(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，其技術(shù)原理是利用材料中S軌道與d軌道電子散射各向異性，技術(shù)難度稍高于霍爾。基于AMR的磁傳感很多半導(dǎo)體廠商都有在做，畢竟它在車規(guī)級(jí)運(yùn)控上有著不可忽視的重要作用。

巨磁阻效應(yīng)GMR傳感器從名字就能看出，所用的磁材料在磁場(chǎng)中電阻率變化的幅度會(huì)非常大。GMR傳感一般也采用橋式構(gòu)造，功耗、響應(yīng)時(shí)間、溫漂等傳感指標(biāo)和AMR傳感較為相近，但是磁電阻比會(huì)比AMR大很多，磁電阻比ΔR/Rmin一般在15%左右（AMR為3%）。更高的技術(shù)門檻也意味著這一技術(shù)路線的產(chǎn)品比上兩種磁傳感更少見，在車規(guī)級(jí)應(yīng)用上同樣非常重要。

TMR，技術(shù)難度最高的磁傳感路線，不論是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、成本還是工藝難度都很高，與之相匹配的是極高的靈敏度和極大的磁阻效應(yīng)，磁電阻比ΔR/Rmin在50%以上。相對(duì)于AMR和GMR來(lái)說(shuō)，TMR靈敏度的領(lǐng)先是數(shù)量級(jí)的，而且溫漂更加穩(wěn)定。近年來(lái)隨著材料與元器件以及電路技術(shù)的發(fā)展，這種高技術(shù)門檻高成本的技術(shù)應(yīng)用也開始多了起來(lái)。

磁傳感技術(shù)組合——VHT＋TMR

以往在位置傳感上，單個(gè)傳感器更常見的還是走單一技術(shù)路線，不過現(xiàn)在在單一傳感器上進(jìn)行技術(shù)集成的風(fēng)向也開始流行起來(lái)。今年Allegro就在單個(gè)封裝中實(shí)現(xiàn)了VHT（垂直霍爾技術(shù)）+TMR（隧道磁阻）兩種技術(shù)的組合。

這一技術(shù)組合瞄準(zhǔn)的是汽車ADAS應(yīng)用，為ADAS應(yīng)用提供高精度和異構(gòu)信號(hào)冗余。隨著汽車自動(dòng)化快速發(fā)展，未來(lái)肯定需要更精確且足夠靈敏的位置傳感器，因此Allegro在垂直霍爾技術(shù)之外選擇了TMR技術(shù)。據(jù)Allegro公布的消息，Allegro創(chuàng)新的硅片隧道磁阻TMR-on-silicon技術(shù)與傳統(tǒng)單一霍爾效應(yīng)傳感器相比，可提供更高的分辨率和準(zhǔn)確度，靈敏度直接提高了八倍。在該技術(shù)融合中，TMR作為初級(jí)傳感，垂直霍爾作為次級(jí)傳感，在TMR完成高精度的感測(cè)后，垂直霍爾進(jìn)行低磁場(chǎng)和磁體缺失檢測(cè)，大大提高異構(gòu)信號(hào)冗余度。

在單一封裝內(nèi)將多種傳感技術(shù)進(jìn)行組合的方式也有利于減少系統(tǒng)尺寸，整體成本上也會(huì)有所下探。技術(shù)組合位置傳感比單一技術(shù)傳感還是更具優(yōu)勢(shì)的。

磁傳感技術(shù)組合——xMR組合

這種磁傳感技術(shù)組合不得不提的是英飛凌的xMR技術(shù)組合，英飛凌是少數(shù)同時(shí)掌握AMR、GMR以及TMR的廠商。目前英飛凌基于TMR技術(shù)的磁傳感還沒有與其他技術(shù)進(jìn)行組合，只提供單一技術(shù)產(chǎn)品，但是AMR和GMR有不少技術(shù)組合產(chǎn)品。

英飛凌的磁性角度傳感器系列采用GMR和AMR雙組合傳感器技術(shù)，在同一封裝中將GMR置于頂部，AMR置于底部，解決需要內(nèi)置冗余的應(yīng)用需求。這些組合技術(shù)的位置傳感器以GMR為初級(jí)傳感，以AMR為次級(jí)傳感技術(shù)，完成360°的非接觸式角度測(cè)量。

GMR與AMR的組合，將高精度和 360° 測(cè)量范圍與短傳播延遲相結(jié)合，使其適用于具有高速和高精度要求的汽車EPS系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)。

小結(jié)

目前市面上采用多種磁傳感技術(shù)組合而成的傳感器還不多，從目前已經(jīng)發(fā)布的幾款組合磁傳感來(lái)看，均是針對(duì)需要具有精確電機(jī)控制功能的先進(jìn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及能夠快速響應(yīng)的線控制動(dòng)或機(jī)電制動(dòng)系統(tǒng)，在提供高精確度之余提供足夠的冗余。汽車的位置傳感需要能夠提供最高準(zhǔn)確性和安全性的位置傳感器，組合磁傳感這一趨勢(shì)或許會(huì)席卷整個(gè)行業(yè)。

雖然現(xiàn)在這些組合式的磁傳感器還不太多，但是可以預(yù)見未來(lái)磁傳感市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的組合式產(chǎn)品。很多半導(dǎo)體廠商也在加緊補(bǔ)足自己的磁傳感實(shí)力，比如NXP就獲得了TMR龍頭廠商Crocus的技術(shù)授權(quán)，未來(lái)也許會(huì)推出基于TMR的組合磁傳感；TDK收購(gòu)了Micronas的霍爾技術(shù)，結(jié)合自家領(lǐng)先的TMR與霍爾進(jìn)行組合產(chǎn)品的開發(fā)也不是不可能。