【技术】浅析磁传感器HALL、AMR、GMR、TMR技术

2017-12-19 世强 潇湘子

磁传感器广泛用于现代工业、汽车和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、角度、速度等物理参数。在现有技术中,磁传感器包含霍尔(Hall)元件各向异性磁电阻AMR(Anisotropic Magneto resistance, AMR)元件、巨磁电阻GMR(Giant Magneto resistance, GMR)元件及隧道磁电阻TMR(Tunnel Magneto Resistance)。


Hall元件是集成hall效益片的磁性敏感元件。有平面hall,也有垂直hall。 以霍尔元件为敏感元件的磁传感器通常使用聚磁环结构来放大磁场,提高霍尔输出灵敏度,从而增加了传感器的体积和重量,同时霍尔元件的功耗偏大,是mA级别的。

 


AMR元件其灵敏度(sensitivity)比霍尔元件高很多,但是其线性范围窄,容易磁饱和,同时以AMR为敏感元件的磁传感器需要设置Set/Reset线圈对其进行预设/复位操作,造成其制造工艺的复杂,线圈结构的设置在增加尺寸的同时也增加了功耗。

 


巨磁电阻GMR元件与AMR元件的结构不同,它由中间带隔离层的两层铁磁体组成。GMR相对于AMR有更好的灵敏度,且磁场工作范围更宽。

 


TMR(Tunnel Magneto Resistance)元件是近年来新型磁电阻效应传感器,其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应,比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。我们通常也用磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)来代指TMR元件,MTJ元件相对于霍尔元件具有更好的温度稳定性,更高的灵敏度,更低的功耗,更好的线性度,不需要额外的聚磁环结构;相对于AMR元件具有更好的温度稳定性,更高的灵敏度,更宽的线性范围,不需要额外的set/reset线圈结构;相对于GMR元件具有更好的温度稳定性,更高的灵敏度,更低的功耗,更宽的线性范围。

 


下表是hall元件、AMR元件、GMR元件以及TMR元件的技术参数对比。



hall元件、AMR元件、GMR元件以及TMR元件技术,这四种技术原理上不同,各自都有自身的优势。HALL效益元件,主要有开关型hal、线性hall、三轴hall,主要应用于BLDC电机位置检测、速度传感器、位置检测、电流传感器、角度传感器、磁编码器、位置传感器等。世强代理的Melexis产品线,覆盖上述所hall器件。 AMR、GMR与TMR主要应用于角度传感器,磁编码器 ,TMR技术性能比GMR有优势,TMA应工艺原因,价格稍高一点。世强代理的TMR有磁编码器MLX90390。 更多详情请浏览世强元件电商平台。


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