汽車工業(yè)繼續(xù)推動(dòng)更有效的燃料消耗和減少二氧化碳排放。與現(xiàn)有的霍爾解決方案相比，GMR（巨磁阻）技術(shù)提高了性能并擴(kuò)展了操作能力。

GMR傳感器（磁阻效應(yīng)磁場(chǎng)傳感器）的特征在于它們對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)，而這與頻率無(wú)關(guān)。因此，有可能以kHz的出現(xiàn)率獲得良好的靈敏度和最大的輸出信號(hào)。

GMR技術(shù)

GMR技術(shù)利用了在各種鐵磁多層中觀察到的量子磁阻機(jī)制。這項(xiàng)研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，這要?dú)w功于Albert Fert和Peter Grunderb的研究。

該效果根據(jù)相鄰鐵磁元件的磁化強(qiáng)度顯著改變了電阻。通過(guò)施加外部磁場(chǎng)來(lái)組織磁化方向。結(jié)果是電子對(duì)旋轉(zhuǎn)取向的散射依賴性。

以下公式描述了磁阻：

其中R（H）是樣品在磁場(chǎng)H中的電阻，R（0）對(duì)應(yīng)于H =0。此表達(dá)式的替代形式可以使用電阻率代替電阻。

基本原理取決于電子的旋轉(zhuǎn)。在磁阻電阻器中，電子散射速度隨電子自旋和介質(zhì)的磁取向的相互作用而變化，電子在該介質(zhì)中行進(jìn)-在磁場(chǎng)的作用下GMR換能器的電阻發(fā)生變化。

GMR傳感器對(duì)于開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的混合傳感器模型特別有希望，該模型可通過(guò)電磁手段檢測(cè)和表征導(dǎo)電多層板中的地下不連續(xù)性。這些混合傳感器集成了一個(gè)常規(guī)線圈和一個(gè)GMR傳感器，該線圈在被檢材料中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而GMR傳感器則是由于相互作用而產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾的檢測(cè)元件。

像霍爾效應(yīng)技術(shù)一樣，GMR與信號(hào)調(diào)理電路緊密相連。輸出信號(hào)大于霍爾信號(hào)，具有更高的信噪比和更低的輸出信號(hào)抖動(dòng)。這些質(zhì)量使GMR傳感器可以檢測(cè)到更大距離的物體。

評(píng)估GMR傳感器選擇的主要特征包括幾個(gè)關(guān)鍵要素。首先，首先要考慮的是易于設(shè)計(jì)，“解決方案必須是一個(gè)完全集成的模塊，包括磁體和保護(hù)組件，以在用戶完成的傳感器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)最佳性能。包括磁體和EMC保護(hù)，大大簡(jiǎn)化了GMR傳感器的設(shè)計(jì)?！?Allegro發(fā)言人說(shuō)。第二個(gè)考慮因素是外部磁場(chǎng)干擾及其干擾輸出信號(hào)的能力。通過(guò)使用差分傳感技術(shù)可以消除共模場(chǎng)。但是，共模場(chǎng)以外的雜散場(chǎng)會(huì)破壞磁傳感器的輸出信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要加以考慮?！?/p>

主要設(shè)計(jì)考慮因素是優(yōu)化磁路，以利用GMR技術(shù)獲得卓越的性能，因此，這就是原因。這是必須的，由GMR IC供應(yīng)商來(lái)完成。熟悉GMR設(shè)計(jì)的人員最好將GMR IC和磁體設(shè)計(jì)為系統(tǒng)。

變速箱設(shè)計(jì)需要更小，更輕，以提高效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。這樣對(duì)安裝位置和速度傳感器周圍的公差產(chǎn)生了很大的空間限制。解決方案是通過(guò)在較遠(yuǎn)的氣隙處進(jìn)行操作而提供更大的靈活性，而不會(huì)折衷在較近的氣隙處起作用的先前零件的預(yù)期性能。

圖1：ATS19580的功能框圖

Allegro MicroSystems宣布推出其ATS19580，這是業(yè)界首個(gè)完全集成和重新集成的巨型磁阻傳輸方向和速度傳感器（GMR）。由于具有高度的集成性，ATS19580具有很高的抗振性，并減小了系統(tǒng)尺寸，復(fù)雜性和成本，從而節(jié)省了燃料。Allegro的專有技術(shù)和領(lǐng)先的數(shù)字處理技術(shù)為傳輸速度感應(yīng)設(shè)定了新的標(biāo)準(zhǔn)。ATS19580的功能簡(jiǎn)化了客戶速度傳感器的集成，并使他們能夠設(shè)計(jì)安全且省油的系統(tǒng)（圖1和2）。

“在設(shè)計(jì)GMR傳感器期間，最關(guān)鍵的部分是傳感器的工作范圍和信號(hào)精度。要在較遠(yuǎn)的氣隙下運(yùn)行，但不能為我們的客戶和汽車制造商在總的有效氣隙范圍內(nèi)留有足夠的公差，則該汽車制造商將不被視為解決方案，因?yàn)檫@會(huì)增加設(shè)計(jì)這種精確機(jī)械系統(tǒng)的成本。同樣，必須權(quán)衡信號(hào)精度，因此必須保持動(dòng)態(tài)氣隙能力，抗振動(dòng)性和熱梯度補(bǔ)償。這些算法用于終端系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)行了二十年，” Christine說(shuō)。

圖2：ATS19580 GMR傳感器的典型應(yīng)用電路

“傳輸是ATS19580LSN的目標(biāo)市場(chǎng)。但是，確定用于速度，方向或脈沖計(jì)數(shù)的任何齒輪肯定可以從傳感器的功能中受益。例子包括休閑車（即UTV，雪地車，叉車等），”克里斯汀說(shuō)。

霍爾和GMR技術(shù)

磁場(chǎng)檢測(cè)使用GMR和霍爾效應(yīng)傳感器。兩種技術(shù)都與集成電路處理兼容。

磁阻傳感器提供的靈敏度高于霍爾傳感器。GMR傳感器的靈敏度可通過(guò)選擇膜厚和線寬來(lái)調(diào)節(jié)。相反，霍爾效應(yīng)有利于高度線性的測(cè)量，而沒(méi)有飽和效應(yīng)直至極高的場(chǎng)強(qiáng)（圖3）。

圖3：霍爾（a）和GMR（b）傳感器布局

霍爾效應(yīng)傳感器可以檢測(cè)垂直磁場(chǎng)，而磁阻傳感器可以處理平行磁場(chǎng)。因此，GMR傳感器由單極傳感組成，用于精密，非接觸式位移應(yīng)用，例如醫(yī)療分析儀和磁場(chǎng)編碼器。但是，霍爾效應(yīng)傳感器可確定CNC機(jī)床的齒輪齒距并測(cè)量傳輸速度。

駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）在靈敏度方面需要更高的準(zhǔn)確性和可靠的系統(tǒng)。巨磁阻（GMR）可以很好地滿足這些高級(jí)要求，可以代替霍爾效應(yīng)作為傳感換能器。原則上，GMR和霍爾都是磁傳感器，但是兩者的基本操作和功能不同。

與GMR技術(shù)不同，基于霍爾的磁感應(yīng)場(chǎng)的最小差分值小于30高斯，該差分值可低至5高斯。GMR需要更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)條件，并提供定義的線性范圍，且理想的峰-峰磁信號(hào)幅度應(yīng)在100高斯范圍內(nèi)。

通常，所有設(shè)備都可以在磁性設(shè)計(jì)范圍之外運(yùn)行，而不會(huì)造成永久性損壞。但是，取決于信號(hào)處理算法，性能可能會(huì)下降。在GMR傳感器中，這種降級(jí)的成本可能更高。

編輯：hfy