地磁傳感器概述
地磁傳感器（電子羅盤），也叫數(shù)字指南針，是利用地磁場(chǎng)來(lái)定北極的一種方法。古代稱為羅經(jīng)，現(xiàn)代利用先進(jìn)加工工藝生產(chǎn)的磁阻傳感器為羅盤的數(shù)字化提供了有力的幫助。
現(xiàn)在一般有用磁阻傳感器和磁通門加工而成的電子羅盤。雖然GPS在導(dǎo)航、定位、測(cè)速、定向方面有著廣泛的應(yīng)用，但由于其信號(hào)常被地形、地物遮擋，導(dǎo)致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高樓林立城區(qū)和植被茂密的林區(qū)，GPS信號(hào)的有效性僅為60%。并且在靜止的情況下，GPS也無(wú)法給出航向信息。為彌補(bǔ)這一不足，可以采用組合導(dǎo)航定向的方法。
電子羅盤產(chǎn)品正是為滿足用戶的此類需求而設(shè)計(jì)的。它可以對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行有效補(bǔ)償，保證導(dǎo)航定向信息100%有效，即使是在GPS信號(hào)失鎖后也能正常工作，做到丟星不丟向。
手機(jī)地磁傳感器有什么用
智能手機(jī)指南針功能是利用地磁場(chǎng)與手機(jī)內(nèi)置地磁傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)地理方向定位的，指南針指針?lè)较蛴凶兓?，說(shuō)明地磁場(chǎng)與手機(jī)內(nèi)置傳達(dá)室感器已起作用，只是方向相反，此情況有可能受外界強(qiáng)磁場(chǎng)干擾所致，比如某個(gè)位置有強(qiáng)磁場(chǎng)，或其它外界因素與地磁場(chǎng)相反，就可能導(dǎo)致受此磁場(chǎng)影響。
紶酣官叫擢既規(guī)習(xí)海盧這個(gè)時(shí)侯可以更換一個(gè)位置或者手機(jī)平放按8字形移動(dòng)，以校準(zhǔn)指南針。
手機(jī)用地磁傳感器技術(shù)路線大比拼
一、室內(nèi)導(dǎo)航運(yùn)用將推動(dòng)地磁傳感器從豪配成標(biāo)配
以往磁傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用，主要是用在指南針和一些游戲中，最多是用到GPS的慣性導(dǎo)航。所以在客戶和一些手機(jī)廠家看來(lái)，地磁傳感器都是一個(gè)可有可無(wú)的“奢侈品”，一直是高端手機(jī)才有的東西。
可是，一項(xiàng)新的應(yīng)用將大大推動(dòng)地磁傳感器成為手機(jī)的必配產(chǎn)品。這就是室內(nèi)導(dǎo)航。目前已有谷歌、高德等傳統(tǒng)的地圖廠商建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以推動(dòng)室內(nèi)導(dǎo)航這一基于LBS（Location Based Services）的位置服務(wù)。
二、室內(nèi)導(dǎo)航有什么用呢
當(dāng)一個(gè)智能手機(jī)用戶需要購(gòu)買名牌香薰，又或者用餐時(shí)想吃泰國(guó)菜，這在類似正佳廣場(chǎng)那樣龐大、復(fù)雜又容易迷路的購(gòu)物中心，并不是易事。這時(shí)該用戶只需啟動(dòng)室內(nèi)導(dǎo)航軟件，就可以順利找到需要的餐廳和商鋪。同樣，如果要在大型超市尋找走散的同伴（或孩子等），也并不復(fù)雜，同樣地采用室內(nèi)導(dǎo)航便可以完成。在導(dǎo)航的過(guò)程中，用戶通過(guò)手機(jī)屏幕，能看見(jiàn)的不僅僅是路線，而是各商家打折信息和促銷推介。購(gòu)物中心的商家可以在這個(gè)導(dǎo)航軟件中做廣告，宣傳自己的商品，直接促進(jìn)消費(fèi)購(gòu)物。購(gòu)物中心還可以利用物聯(lián)網(wǎng)來(lái)分析每個(gè)客戶的停留時(shí)間和關(guān)注的物品。顯然，不論是地圖軟件商還是購(gòu)物中心，這都是一筆不少的收入。
三、磁傳感器的發(fā)展及主要技術(shù)路線
人們對(duì)磁傳感器并不陌生，中國(guó)四大發(fā)明中的指南針就是最早的磁傳感器應(yīng)用之一。雖然磁傳感器有一千多年的歷史，但它的廣泛應(yīng)用卻是在二十世紀(jì)的電子時(shí)代，其中每一次革命性的發(fā)展都是被一個(gè)極具生命力的應(yīng)用所驅(qū)動(dòng)的。六十年代汽車的普及和自動(dòng)化，帶動(dòng)了由磁傳感器作為核心的無(wú)需接觸且具有超強(qiáng)可靠性的位置控制和開(kāi)關(guān)控制裝置的發(fā)展，從而使霍耳元件和感應(yīng)線圈技術(shù)制造的磁傳感器得到大規(guī)模生產(chǎn)化，提高了集成度和降低了成本。八十年代電腦開(kāi)始進(jìn)入普通家庭，電腦存儲(chǔ)硬盤使用的讀寫磁頭是一種特殊環(huán)境下的磁傳感器，需求的增加以及對(duì)存儲(chǔ)密度的超高追求，使得磁頭在過(guò)去的二十年呈現(xiàn)飛速發(fā)展，也帶動(dòng)了巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和各種磁阻類磁傳感器的開(kāi)發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)。
磁傳感器是將由磁場(chǎng)、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、光等引起的磁特性變化，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的裝置?，F(xiàn)在用于手機(jī)的磁傳感器技術(shù)路線主要有幾種。目前，可用于檢測(cè)地磁場(chǎng)分布變化的技術(shù)原理主要有：
1、霍爾（HALL）效應(yīng)：通過(guò)電流的半導(dǎo)體在垂直電流方向的磁場(chǎng)作用下，在與電流和磁場(chǎng)垂直的方向上形成電荷的積累而出現(xiàn)電勢(shì)差。
2、電磁感應(yīng)：線圈切割地磁場(chǎng)的磁力線則將在線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
3、磁阻（XMR）效應(yīng)：物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。目前，應(yīng)用廣泛的磁阻元件包含：各向異性磁阻（AMR）、巨磁阻（GMR）、以及隧道磁阻（TMR）。
各向異性磁阻（AMR）：AMR磁傳感器是由長(zhǎng)而薄的坡莫合金（鐵鎳合金）制成。當(dāng)沿著鐵鎳合金帶的長(zhǎng)度方向通以一定的直流電流，而垂直于電流方向施加一個(gè)外界磁場(chǎng)時(shí)，合金帶自身的阻值會(huì)生較大的變化，利用合金帶阻值這一變化，可以測(cè)量磁場(chǎng)大小和方向。
巨磁阻（GMR）：薄膜結(jié)構(gòu)為兩磁性層中間夾一金屬層，其電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關(guān)，兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值，明顯大于磁化方向相同時(shí)的電阻值，電阻在很弱的外加磁場(chǎng)下具有很大的變化量，故被稱為“巨磁阻”。
隧道磁阻（TMR）：薄膜結(jié)構(gòu)為鐵磁/絕緣體薄膜（約1納米）/鐵磁材料，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對(duì)方向變化而變化。
那么什么樣的磁傳感器技術(shù)將在這場(chǎng)革命中勝出呢？這是我們都很關(guān)心的問(wèn)題。
總體來(lái)說(shuō)：XMR比HALL要好
從各種磁傳感器的工作原理來(lái)說(shuō)，XRM是磁場(chǎng)對(duì)鐵磁材料的作用（相似于傳統(tǒng)指南針原理），而霍爾效應(yīng)則是磁場(chǎng)與電子間的作用。因此從理論上來(lái)講，XMR比HALL的靈敏度更高。
下圖是二者的工作原理對(duì)比圖：
下圖所標(biāo)注的則是XMR與HALL分別能感應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以明顯看到，地磁場(chǎng)（10的負(fù)5次方T）的磁場(chǎng)強(qiáng)度更適合XMR的技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。
首先，我們來(lái)思考一下，運(yùn)動(dòng)傳感器（MotionSensor）的應(yīng)用環(huán)境，在Motion Sensor中磁傳感器主要是用來(lái)測(cè)量在地球磁場(chǎng)環(huán)境下的角度，位置以及它們的變化，對(duì)磁傳感器的要求是在地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度范圍內(nèi)作1%-2%的精準(zhǔn)測(cè)量。手機(jī)及其他便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品要求磁傳感器具有低功耗、低成本和微小尺寸。未來(lái)的應(yīng)用可朝縱深及橫向方向發(fā)展?？v深可以用室內(nèi)導(dǎo)航作為代表。磁傳感器必須可以測(cè)量到在地球磁場(chǎng)下方向一度左右的變化，才能在室內(nèi)導(dǎo)航中有實(shí)質(zhì)性的影響。因此磁場(chǎng)精確度需好過(guò)1毫高斯。在橫向發(fā)展上以游戲控制為代表，游戲控制需要反應(yīng)敏捷，速度需要在200赫茲（HZ）左右。
我們?cè)倏匆粋€(gè)更直觀的圖示：
從上圖也可以看到，有部分的地球磁場(chǎng)，HALL效應(yīng)是沒(méi)有辦法檢測(cè)得到的。而在幾種MR的技術(shù)中，目前AMR更具有成本優(yōu)和工藝優(yōu)勢(shì)。
綜上，選擇各向異性磁阻（AMR）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：
1、各向異性磁阻（AMR）技術(shù)最優(yōu)良性能的磁場(chǎng)范圍是以地球磁場(chǎng)為中心，對(duì)于以地球磁場(chǎng)作為基本操作空間的Motion Sensor應(yīng)用來(lái)說(shuō)，具有廣大的運(yùn)作空間，無(wú)需像霍耳元件那樣增加聚磁等輔助手段。
2、各向異性磁阻（AMR）技術(shù)是唯一被驗(yàn)證，可以達(dá)到在地球磁場(chǎng)中測(cè)量方向精確度為一度的半導(dǎo)體工藝技術(shù)。其他可達(dá)到同樣精度技術(shù)都是無(wú)法與半導(dǎo)體集成的工藝。因此，AMR可與CMOS或MEMS集成在同一硅片上并提供足夠的精確度。
3、AMR技術(shù)只需1-3層磁性薄膜，工藝簡(jiǎn)單，成本低，不需要昂貴的制造設(shè)備，具有成本優(yōu)勢(shì)。而TMR則要5-7層，GMR需要4-10層的磁，其工藝復(fù)雜得多。
4、AMR技術(shù)具有高頻、低噪和高信噪比特性，在能看到的各種應(yīng)用中尚無(wú)局限性。
5、AMR技術(shù)在強(qiáng)磁干擾后自動(dòng)校下要比HALL等傳感器技術(shù)要好。