磁傳感器的領(lǐng)軍者:隧穿磁阻技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2020-12-28 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】近年來,隨著磁阻效應(yīng)的廣泛應(yīng)用,磁阻器件在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等范疇得到深度重視。但是較可惜的是,不管國(guó)內(nèi)國(guó)外,技術(shù)要求和表現(xiàn)相對(duì)更靠后的一代磁傳感器——霍爾傳感器一直以來都是廠家的青睞之選,而已獲得技術(shù)成熟度催化的第四代磁傳感器——隧穿磁阻(TMR)卻鮮少有人問起。
近年來,隨著磁阻效應(yīng)的廣泛應(yīng)用,磁阻器件在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等范疇得到深度重視。但是較可惜的是,不管國(guó)內(nèi)國(guó)外,技術(shù)要求和表現(xiàn)相對(duì)更靠后的一代磁傳感器——霍爾傳感器一直以來都是廠家的青睞之選,而已獲得技術(shù)成熟度催化的第四代磁傳感器——隧穿磁阻(TMR)卻鮮少有人問起。
對(duì)于業(yè)內(nèi)人士來說,磁阻的概念可以說是一個(gè)并不陌生的名詞:材料的電阻會(huì)因外加磁場(chǎng)而增加或減少,電阻的變化量稱為磁阻(Magnetoresistance)。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)。同霍爾效應(yīng)一樣,磁阻效應(yīng)也是由于載流子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力而產(chǎn)生的。從一般磁阻開始,磁阻發(fā)展經(jīng)歷了常磁阻(OMR),異向磁阻(AMR),巨磁阻(GMR),隧穿磁阻(TMR)的過程。
也伴隨著近年來磁阻效應(yīng)的廣泛應(yīng)用,磁阻器件在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領(lǐng)域得到深度器重。然而比較可惜的是,無論國(guó)內(nèi)國(guó)外,技術(shù)要求和表現(xiàn)相對(duì)更靠后的一代磁傳感器——霍爾傳感器一直都是廠家的青睞之選,而已經(jīng)得到技術(shù)成熟度催化的第四代磁傳感器——隧穿磁阻(TMR)卻鮮有問津。
然而由于近一年來國(guó)內(nèi)對(duì)于太陽能光伏、公共充電樁領(lǐng)域的技術(shù)剛需,TMR逐步開始嶄露頭角,行業(yè)對(duì)于TMR的角色和求知欲也與日俱增。今天就為大家好好介紹一番關(guān)于TMR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方向。
TMR,磁傳感器的第四代先鋒
TMR(Tunnel Magneto Resistance),全稱隧穿磁阻技術(shù),最早是用在硬盤中的磁性讀寫功能上,享譽(yù)盛名的MRAM磁性隨機(jī)存取內(nèi)存就是基于此。也正是因?yàn)槠鋵?duì)磁場(chǎng)檢測(cè)的精度、準(zhǔn)確度相當(dāng)高,并且使用壽命和穩(wěn)定性相比前幾代磁傳感技術(shù)都會(huì)更好,所以其元件,尤其是磁電阻效應(yīng)傳感器,在近年來開始受到工業(yè)領(lǐng)域的廣泛衍生和應(yīng)用。
針對(duì)磁傳感器的發(fā)展歷程,無論是第一代的霍爾傳感器,還是之后的AMR傳感器、GMR傳感器,包括現(xiàn)在的TMR傳感器,本質(zhì)都是對(duì)磁場(chǎng),尤其是對(duì)電磁場(chǎng)的利用。而相比較之下,TMR傳感器的優(yōu)勢(shì)在于其遙遙領(lǐng)先的穩(wěn)定性、靈敏度、小封裝以及低功耗等等,相比前幾代在性能上都有至少十多倍的提升。而這些特性參數(shù)上的突破,又給許多產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的功能塑造上提供了更多樣的可能性。
從功能上看,TMR傳感器的應(yīng)用主要分為三類:線性位置測(cè)量、角度測(cè)量和電流測(cè)量。這三類TMR傳感器的應(yīng)用基本覆蓋和滿足了當(dāng)前國(guó)內(nèi)所有工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、家用電器、商標(biāo)識(shí)別、衛(wèi)星定位、導(dǎo)航系統(tǒng)以及精密測(cè)量技術(shù)等等方面的應(yīng)用。接下來我們就具體來看下。
TMR在線性位置上的應(yīng)用價(jià)值和方向
TMR傳感器在線性位置測(cè)量上最大的應(yīng)用莫過于在液位計(jì)上的使用了。例如在汽車油箱存量上的檢測(cè),就可以利用TMR傳感器。其原理是利用磁傳感器之間的磁場(chǎng)讀寫功能,當(dāng)油箱液位下降到下一個(gè)傳感器的位置時(shí)候,磁場(chǎng)讀寫輸出信號(hào)為1,其他為0,同時(shí)利用TMR傳感器在反應(yīng)靈敏度和精確度的優(yōu)勢(shì),就可以第一時(shí)間反饋出當(dāng)前油箱的即時(shí)存量。
而在這個(gè)基礎(chǔ)上,如果要獲得更精細(xì)的測(cè)量液體下降的高度,得到更精準(zhǔn)的刻度,一種方法是通過增加傳感器數(shù)量,縮小傳感器之間的距離來達(dá)成,另一種方法則更為先進(jìn),設(shè)定之后的傳感器是一個(gè)位置滑動(dòng)性組件,那就可以讓磁場(chǎng)信號(hào)讀寫在一個(gè)限定區(qū)間里進(jìn)行,這樣不僅可以大量減少成本,同時(shí)也可以達(dá)到精細(xì)化刻度的目標(biāo)。
另一個(gè)比較普及的線性位置應(yīng)用,其實(shí)來自于我們?nèi)粘=佑|到的游戲手柄。其實(shí)一些高端手柄,如XBOX手柄的扳機(jī)鍵已經(jīng)運(yùn)用到了霍爾傳感器,但其實(shí)搖桿的設(shè)定也會(huì)適合磁傳感器發(fā)揮功能。相比較運(yùn)用電位器的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。磁傳感器的游戲手柄的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。一方面毫無疑問是對(duì)于靈敏度的應(yīng)需,另一方面在于技術(shù)成本的減小。這里的成本指的是整體的制造成本,盡管磁傳感器的獨(dú)立成本一定會(huì)高于電位器,但是機(jī)械結(jié)構(gòu)勢(shì)必意味著從封裝和線路排列,會(huì)損耗更多的投入,但是磁傳感器的應(yīng)用和植入其實(shí)蠻“傻瓜”的,就可以綜合性地縮減成本開支。
TMR在角度測(cè)量上的應(yīng)用價(jià)值和方向
而在家庭電器方面,尤其在高端家庭電器領(lǐng)域,TMR傳感器在角度測(cè)量方面的應(yīng)用扮演起了主要的角色。家庭電器傳統(tǒng)按鈕從最原始的固定式旋鈕變成了固定按鈕式,然后又把按鈕做進(jìn)了面板內(nèi),這樣一方面縮小電器的不規(guī)則體積,方面收納和清洗,另一方面滿足了高定產(chǎn)品的高級(jí)感。但缺點(diǎn)也立竿見影,從旋鈕到按鈕的更迭,從應(yīng)用上看,某種程度上是犧牲了更精細(xì)化功率輸出能力的。因此,TMR技術(shù)得到了用武之地。利用磁阻效應(yīng),我們可以把旋鈕設(shè)為非固定式,甚至是非接觸式外置配件,這樣就同時(shí)兼顧到更精準(zhǔn)的功率控制和輸出能力,也滿足電器方便收納和清洗的使用需求。另一方面,從產(chǎn)品生態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)來看,這種應(yīng)用也是符合智能家居生態(tài)進(jìn)化論的,同樣的旋鈕外置配件,是可以用來同時(shí)控制灶具、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、電燈等所有開關(guān)組件的功率調(diào)整和開閉合狀態(tài)的,這種生態(tài)化的統(tǒng)合控制相比目前市面上比較多的智能系統(tǒng)的語音控制也會(huì)更精確和自主。
角度測(cè)量的原理本質(zhì)是利用磁場(chǎng)變量和三角函數(shù),去測(cè)量偏轉(zhuǎn)角度,然后把再用偏轉(zhuǎn)角度去控制家電的輸出功率上。
TMR在電流測(cè)量上的應(yīng)用價(jià)值和方向
電流測(cè)量,可能是TMR傳感器最大的應(yīng)用方向了。一般來說,普通器件測(cè)量電流的原理比較簡(jiǎn)單,在流通環(huán)節(jié)上,去安置電阻,然后測(cè)量通過電阻的電流。但是缺點(diǎn)也很大。一個(gè)是對(duì)于大電流的測(cè)量,就必須串聯(lián)或者使用大電阻,一方面加大了成本,同時(shí)也不得不組裝成大體積結(jié)構(gòu);另一方面則是在超低電流的檢測(cè)方面,因?yàn)橐苿?dòng)智能設(shè)備的發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)和生物技術(shù)的擴(kuò)展衍生,器件工作電流突破安培級(jí)和毫安級(jí),可能會(huì)低至微安級(jí),甚至更低,因此用傳統(tǒng)控制電阻方法測(cè)電流就會(huì)意味著需要非常復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行搭配測(cè)量,簡(jiǎn)單地原理,但是非常復(fù)雜的工藝。而磁傳感器就完全不會(huì)有這些問題。即時(shí)是第一代霍爾傳感器,都可以巧妙運(yùn)用聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)來放大磁場(chǎng),而且體積重量相比電阻測(cè)量都會(huì)降低不只一個(gè)維度。那作為第四代的TMR傳感器又表現(xiàn)如何呢?霍爾傳感器的缺陷是功耗大,線性度差,而且聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)在磁傳感器領(lǐng)域里算是臃腫級(jí)的配置了。TMR傳感器檢測(cè)電流的原理是,通過檢測(cè)銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)上所產(chǎn)生的電磁場(chǎng),再通過運(yùn)算來得到電流大小。它在去掉了聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,比霍爾傳感器有更好的溫度穩(wěn)定性、更高的靈敏度、更低的功耗,以及更好的線性度。這些優(yōu)勢(shì)也同樣存在于和AMR傳感器和GMR傳感器的比較優(yōu)勢(shì)里。
正因?yàn)檫@一特性,讓TMR傳感器在充電樁和光伏太陽能板上有著得無與倫比的優(yōu)勢(shì)。盡管我知道國(guó)內(nèi)目前主要在公共充電樁領(lǐng)域運(yùn)用的是霍爾傳感器去檢測(cè)電流,但這并不影響TMR傳感器是更好的選擇。因?yàn)橄鄬?duì)來說,霍爾傳感器成本和封裝工藝難度會(huì)比TMR更便宜和簡(jiǎn)單這是事實(shí),但是從效果出發(fā),霍爾傳感器響應(yīng)時(shí)間慢、體積大、收到外部溫度影響導(dǎo)致的報(bào)錯(cuò)率高,這也是無法推諉的事實(shí)。而從充電樁的發(fā)展趨勢(shì)來看,未來交流電電樁和交直流一體電樁的普及度會(huì)是大趨勢(shì),同時(shí)單樁1拖2,1拖4的樁體結(jié)構(gòu)勢(shì)必要求城市內(nèi)總樁數(shù)的電功率損耗有個(gè)精確計(jì)算,從這個(gè)方面想,霍爾傳感器就會(huì)逐步顯示和放大自身的性能缺陷。
說完了TMR,我們?cè)賮碚f說國(guó)內(nèi)目前具有TMR領(lǐng)先技術(shù)的公司,其實(shí)國(guó)內(nèi)做霍爾的會(huì)比較多,因?yàn)槭袌?chǎng)普及度高和成本低的關(guān)系,霍爾的應(yīng)用市場(chǎng)需求會(huì)比較大,相對(duì)地技術(shù)發(fā)展就會(huì)比較得到青睞。TMR此類算是新型科技元件和技術(shù),在有條件有技術(shù)的公司里就會(huì)顯得鳳毛麟角一些。目前具有該項(xiàng)產(chǎn)品技術(shù)的公司里,比較大的,如TDK,Murata村田,還有一些小型的科技公司,如多維等等。但技術(shù)的前沿性給了國(guó)內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)的公司不小的壁壘性,隨著本土TMR玩家的增加,可以預(yù)見距離最新的磁傳感器應(yīng)用普及越來越近了。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無死角,LED驅(qū)動(dòng)的全面進(jìn)化
- 開關(guān)模式電源問題分析及其糾正措施:晶體管時(shí)序和自舉電容問題
- 熱電偶的測(cè)溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器
電源風(fēng)扇
電源管理
電源管理IC
電源連接器
電源濾波器
電源模塊
電源模塊
電源適配器
電子書
電阻測(cè)試儀
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)