单芯片AMR磁阻传感并不单一的特色

纵观磁传感器的发展历程，可以分为以下几个阶段，先是基于霍尔效应的磁传感器，到基于各向异性磁阻效应的磁传感器，也就是AMR传感，再到基于巨磁阻的GMR传感，最后是基于隧道磁阻的TMR传感。抛开霍尔效应传感这个我们了解且应用最多的一类磁传感，AMR、GMR和TMR都有各自的特色。
 
AMR异向磁阻效应即有些材料中的磁阻变化与磁场和电流间夹角有关。这种特性涉及到材料中的S轨道与d轨道电子散射各向异性，这种特性可以用来精确测量磁场。AMR传感一般都采用桥式构造，磁电阻比在3%左右。这种AMR传感在运控应用，尤其是车规级运控应用上有很多应用。除了必需的高精度之外，每家做AMR传感的厂商都有一些不同的东西。
 
ADI集成式AMR传感
 
ADI在磁场传感上所采用的架构能较大限度地发挥单芯片方案的优势，同时提供足够的功能以满足小器件数下的不同应用需求。
 

（图源：ADI）

 
ADA4571是双通道各向异性磁阻（AMR）传感器，集成信号调理放大器和ADC驱动器，产生模拟输出指示磁场的角位置。作为用于冗余系统的高精双通道AMR传感，在0°到180°的测量范围内能做到不大于0.1°的误差，高精度是此类传感器件的前提。
 
在每一个通道中，一个封装内集成了一个AMR传感和可变增益仪表放大器。众所周知系统的组成部分越多，那么对每个组成部分的灵敏度及误差要求就越高。在集成性足够高的情况下将精度控制得这么好实属难得。ADA4571即使在微弱的饱和场中亦能实现极高的测量精度，而且在与IC封装平面平行的均质场内，输出信号与传感器和磁体之间的气隙基本无关，对气隙变化的敏感度非常小。
 
ADI的AMR传感器采用惠斯登电桥配置，与单一阻性元件相比，支持更宽的输出电压摆幅，还能抑制较大的直流失调。在ADA4571中，每个检测通道含有两个单独的且互成45°角的惠斯登电桥。对于ADA4571这种机械式角度度量体系的传感，在磁角的计算中，绝对电压和绝对磁场强度都不重要，因此，与其他的角度传感器技术相比，它对磁场强度和电压幅值变化及漂移都不敏感。
 
在对运动控制与定位应用来说，这种高精度低漂移的位置检测器件无疑是很受关注的。
 
NXP KMA/Z AMR传感
 
NXP的AMR传感除了高精度外，还能提供很低的功耗。其车规级AMR系列在整个温度范围和生命周期内具备±1%的精确度，同时在整个生命周期内不太受参数降级的影响，对磁铁老化不敏感。
 

（图源：NXP）

 
同样，我们选择双通道的AMR传感来看，KMA220在单一封装内集成磁阻MR传感器电桥、混合信号集成电路IC和所需的电容。集成的两路通道均以完全独立的方式工作。独立的单一封装双通道传感器模块由于集成了滤波器，在电磁兼容性上也尤为出色。
 
该系列工作温度范围很高，能达到160℃，这比市面上很多同类产品高出了大概10%。这个系列里所有型号，都采用了锁定位提供写保护的故障安全非易失性存储器，允许用户将每条通道的角度范围、零角度和钳位电压永久保存在非易失性存储器中。这也是NXP独具特色的地方。
 
另外每个通道中包括了一个循环冗余检查（CRC）、一个错误检测和校正（EDC）以及磁铁损耗，以确保安全。如果混合信号IC的电源电压或接地线中断，则功率损耗检测电路将模拟输出拉到剩余的连接。在设计上NXP的AMR IC系列提供了很多参考。
 
多维AMR传感
 
多维科技是国内少数掌握TMR的传感器公司，在AMR上虽然产品不多，但是每个系列的性能都不输其他同类一流产品。
 

（图源：多维科技）

 
AMR4100是多维最新的AMR传感，是一款高精度、模拟信号输出的双轴位置传感。AMR4100输出相位相差45°的两组模拟电压信号（正弦、余弦），两组模拟电压的信号周期为磁场方向旋转周期的两倍。通过对两组模拟电压信号的解算实时确定目标磁场的角度位置。测量精度处于国际一流水平，绝对精度0.1°。
 
芯片内部AMR磁阻工作在饱和区，其输出信号将不随磁场强度的变化而变化，这使得AMR4100能够更好地适应多种应用环境，如测量系统运行过程中气隙振动或是高温退磁工况。
 
在常规的温度覆盖范围下，多维能提供比同类产品更优越的温度稳定性。这是因为芯片内部优化设计结构有效地补偿了传感器的温度漂移，提高了传感器芯片在多种应用环境下的测量精度，还顺便减小了被测对象与芯片安装间距的限制要求。不管是从精度还是细节设计上，国产的AMR传感面对国际大厂的AMR传感并未落入下风，反而在某些方面上还做得更细。
 
小结
 
在AMR传感的测量范围内，它有着优秀的功耗、灵敏度和响应时间。对于运控应用来说，要实现更好的控制效果，位置控制是避不开的一环。AMR传感正好能提供这种精准的位置测量。