GMR巨磁传感不止有高精度

在磁传感器的发展历程，从霍尔效应的磁传感器，到各向异性磁阻效应的AMR磁传感器，到基于巨磁电阻的GMR磁传感器，再到基于隧道磁阻的TMR传感器。在上一期中，单芯片的AMR传感器呈现出了并不单一的AMR传感特色，那么基于巨磁电阻的GMR传感有哪些特点？
 
巨磁电阻是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。简单来说，如果在某种条件下，物质在磁场中电阻率减小的幅度非常大，就称为巨磁阻效应。
 
Infineon GMR
 
英飞凌在GMR、AMR、TMR技术上都有深厚的积累，旗下的XENSIVTM系列角度传感器以集成磁阻（ixMR）技术著称。在很多传感器产品中，XENSIVTM系列应用了不止一种磁阻技术。如果单摘GMR技术来看，英飞凌的iGMR传感器非常适用于广角范围的应用，不同级别的信号处理集成使设计者能够优化系统分区，在BLDC电机或转向传感器上应用广泛。
 

（图源：英飞凌）

 
TLE5011就是只是使用了GMR技术的角度传感，通过测量带有单片集成巨磁电阻（iGMR）元件的正弦和余弦角度分量来检测磁场方向。TLE5011能覆盖0-360°全角度，且磁场工作范围极宽覆盖30mT至50mT。
 
为了实现精准的测量，iGMR传感配置了高精度单位SD-ADC，数据通信通过与SPI兼容的双向同步串行通信（SSC）接口完成，ADC和过滤器通过SSC与外部命令同步，这个SSC接口是双向的，且高达2 Mbit/s。在可靠性上也有保障，整个器件有着符合JEDEC标准的闭锁抗扰度，同时ESD＞4kV。
 
在GMR与其他磁阻技术结合的产品中，英飞凌采用了创新的堆叠安装技术，传感器系列的设备在标准且节省空间的TDSO封装中结合了两个独立的传感器，且厚度仅为1 mm左右。这种集成磁阻带来了更均匀的磁场，并且空间面积明显更小。
 
Allegro GMR
 
Allegro的GMR传感更提供比市面上产品更稳健且更可靠的齿轮齿和环形磁体速度感应。其一，Allegro的GMR传感对系统的变化进行动态补偿；其二，分立元件集成的模式消除了对外部 PCB 和元件的需求。
 

（图源：Allegro）

 
以A19250系列为例，作为一款巨磁阻GMR IC，其小型集成封装包括集成在单个包覆成型封装中的电容器和GMR IC，并附加模制引线稳定杆。GMR技术在单个硅集成电路上集成了高灵敏度MR（磁阻）传感器元件和高精度BiCMOS电路，提供高精度、低磁场操作。
 
Allegro的GMR技术采用了业内领先的信号处理算法，能够根据低电平差分磁信号进行精准切换。高灵敏度的GMR与差分传感器相结合，对干扰共模磁场具有固有抑制功能，能够实现低抖动和高间距精度。同时GMR传感采用的SolidSpeed数字架构支持高级数字处理，可以在出现极端系统级干扰的情况下提供高度精确的边缘性能。
 
NVE GMR
 
作为一家专精于传感的厂商，NVE是自旋电子传感器领域的领导者，与霍尔效应或AMR等传感器相比，NVE的GMR传感器更小、更灵敏、更精确。
 

（图源：NVE）

 
NVE的AA和AB系列模拟GMR传感器灵敏度高、功耗低且体积小。这种优秀的多功能性使其成为模拟传感应用里广泛的选择，从坚固的工业和汽车位置、速度和电流传感器到用于手持仪器的低电压、电池供电传感器，以及植入式医疗设备。
 
模拟GMR系列传感器使用NVE的专利自旋电子材料提供方向敏感输出。这些传感器在IC平面的单一方向上是敏感的。模拟GMR系列提供全极性输出，即沿灵敏度轴正向或负向磁场的相同输出，为保证输出的稳定所有传感器均采用温度补偿惠斯通电桥配置。该GMR传感器具有高输出信号，易于与微控制器接口连接。该电路使用一个带有8针ATtiny85 Trinket，这足以连接传感器并提供数字和PWM输出。当然，这些合适的配置都是建立在NVE的标准化输出GMR磁场传感器具有独特的感应静态磁场的能力上的。
 
小结
 
相比于AMR技术来说，做GMR的技术厂商不算多，和TMR一样属于玩家少技术性强的行业。巨磁效应赋予了GMR传感极高的灵敏度，而在高精度之外，各厂商在巨磁传感上独特的优势则体现了每个GMR厂商的核心竞争力。