汽车磁传感需求高涨，高性能磁阻传感IC厂商有哪些布局

电子发烧友网报道（文/李宁远）传感器，已经渗透到消费领域、工业领域、汽车领域的方方面面。位置传感器、加速度传感器、温度传感器、气体传感器等等各类传感器将现实世界的信号转化为数字世界信号，方便我们感知。全球的传感器市场也在一波又一波的技术工艺革新，需求升级中呈现出了快速增长的趋势。
 
在众多传感器中，磁传感器在很多领域都有着重要作用，作为一类大家熟知的传感器类型，它的发展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AMR传感，到基于巨磁阻的GMR传感，现在还有技术难度更大的基于隧道磁阻的TMR传感。抛开最常见的基于霍尔效应的磁传感，基于磁阻效应的传感器技术发展如何，市场竞争格局又是怎样？
 
三种磁阻效应传感器技术对比
 
AMR、GMR以及TMR这三条技术路线遵循最基本的磁阻效应，即通有电流的导体上施加磁场，导体电阻值会发生明显的变化。不同之处在于三者使用的磁性材料微观机制不同会展现出不同的磁阻效应。
 
AMR为各向异性磁阻效应，因为它涉及磁性材料中的S轨道与d轨道电子散射各向异性，材料的磁阻变化与磁场和电流间夹角有关。GMR巨磁阻效应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，这一磁阻效应也被广泛应用在硬盘上。TMR隧道磁阻效应指的是在铁磁—绝缘体薄膜—铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应，也是三种磁阻效应中技术门槛最高的一类。
 
AMR传感一般都采用桥式构造，磁电阻比（ΔR/Rmin）不算高，在3%左右。在很多运控应用，尤其是车规级运控应用上我们经常能看到AMR传感器的身影，综合考虑技术难度，成本以及性能，AMR属于性价比较高的那一类。GMR传感一般也采用桥式构造，功耗、响应时间、温漂等传感指标和AMR传感比较接近，各项性能略有提升，但是磁电阻比比AMR大了不少，一般在15%左右。TMR传感不论是其结构复杂度、成本还是工艺难度都很高，远高于AMR和GMR，与高技术门槛相匹配的是极高的灵敏度和极大的磁阻效应，TMR在灵敏度上的领先是数量级的，磁电阻比ΔR/Rmin也在50%以上，甚至达到100%。
 

	AMR	GMR	TMR
磁电阻比（ΔR/Rmin）	3	15	＞50
功耗（mA）	＜10	＜10	＜0.01
响应时间（ns）	10	10	0.1
温漂（PPM/K）	3000	3000	400
最小尺寸（mm）	1×1	1×1	0.5×0.5
灵敏度（mV/V/Oe）	0.05	1	100

 

（三条技术路线产品指标对比）

 
磁传感市场规模
 
从市场规模来看，根据Yole数据，2016—2021年全球磁传感器市场规模以年复合增长率7%增长，现在已达到26亿美元左右，其中汽车是迄今为止最大的传感器市场，占整体市场的50%以上。在2021年的磁传感市场中，磁阻效应传感器占比约为30%，并且受益于汽车传感器市场的增长，磁阻传感的占比还在不断攀升。根据Yole预测，到2027年磁传感市场规模达到45亿美元。
 
从应用方向来看，位置传感和速度传感无疑是磁阻传感最匹配的应用，根据Yole数据，2021年这两类应用在磁阻传感需求中占比分别为38.2%、20.0%。
 
从市场来看，磁阻传感的普及应用和汽车市场的增长有着直接的关系，在汽车向电动化、智能化和网联化方向发展的趋势下，单个汽车搭载的磁传感数量和价值不断上涨。根据ICVT数据，2021年全球汽车磁传感器市场规模为15.65亿美元，预计到2030年有望达到25.97亿美元。
 
磁阻传感芯片主要厂商竞争力
 
英飞凌：全自主技术路线布局，车规级磁阻传感行业领先
 
英飞凌是全球少数同时掌握AMR、GMR以及TMR技术的厂商，且其磁阻技术均为自主技术。在AMR传感IC、GMR传感IC、TMR传感IC以及AMR＋GMR传感IC上英飞凌均有量产产品布局，在车规级磁阻传感上处于领先位置。
 
从英飞凌的AMR和GMR产品来看，GMR传感的响应与AMR传感的响应并没有拉开差距，都在10ns这个水平上，功耗也都在10mA这个水准，都是行业领先的水平。英飞凌在GMR上的突破在于采用创新的堆叠安装技术，大幅削减了GMR的尺寸（厚度仅为1 mm），做到了和AMR传感同一个尺寸水平。英飞凌的TMR产品不多，在传统的高检测灵敏度优势之外英飞凌为其扩展输出电压，从而减少了对内部放大器的需求，这允许在需要低温度漂移和低电流消耗的一系列应用中传感器直接连接到MCU。
 
三条技术路线布局的英飞凌在汽车应用、工业应用和消费类磁阻传感上均有很高的市占率，在磁阻传感的创新上也走得比较大胆，比如推出了组合式磁阻传感。
 
Allegro：重点布局GMR，同时提供TMR组合产品
 
作为2021年全球磁传感行业市占率第一名（占比16%，Yole数据），Allegro自然不可能错过磁阻技术。在这三条技术路线中，Allegro目前已经推出的产品包括了GMR和TMR两条技术路线。不过TMR产品是组合垂直霍尔技术一起推出的，单TMR产品目前还没有推出。
 
据Allegro公布的消息，Allegro创新的硅片隧道磁阻TMR-on-silicon技术与传统单一霍尔效应传感器相比，可提供更高的分辨率和准确度，灵敏度直接提高了八倍。产品瞄准了汽车ADAS应用，为ADAS应用提供高精度和异构信号冗余。
 
GMR是Allegro积淀已久的技术路线，能够提供目前市面上可以说最稳健且最可靠的齿轮齿和环形磁体速度感应。Allegro的单片GMR技术具有超低抖动和较大气隙能力，再加上Allegro的SolidSpeed Digital Architecture，GMR传感可提供更宽动态范围的工作气隙和高度自适应性能。
 
NXP：AMR技术优势显著，获Crocus的TMR技术授权
 
基于AMR的磁传感不少大厂都有在做，毕竟在车规级的角度传感器上AMR传感有着不可忽视的重要作用。NXP的AMR传感IC一度占据AMR市场过半的占有率，可见其技术优势的领先。
 
NXP的车规级KMA/Z系列AMR传感模块采用集成滤波器的单一封装，在电磁兼容上表现得非常好，而且会采用锁定位提供写保护的故障安全非易失性存储器，可以说独具特色。NXP的AMR传感比市面上很多同类产品高出10%左右，整个系列在整个温度范围和生命周期内具备±1%的精确度，而且这些传感不太受参数降级的影响，保证了产品能稳定提供高性能的传感。
 
同时，NXP也获得了TMR技术龙头厂商Crocus的授权，未来应该会推出基于TMR的磁传感产品。
 
TDK：技术领先的TMR厂商，融合磁性技术与薄膜技术
 
作为全球TMR技术领先的厂商，TDK凭借先进的薄膜工艺技术制造的TMR元件完美展现了TMR元件里电子“根本不能移动”的极端特性，电磁阻比极大。根据TDK官方数据，TDK的TMR传感器的输出是霍尔元件的500倍，AMR传感器的20倍，GMR传感器的6倍。
 
TDK的TMR传感在磁场范围20～80mT、温度范围-40～150℃的条件下，角度误差在±0.6°以下，不管是在高温侧还是低温侧都展现稳定的角度精度。并且由于其工艺的领先，在老化上也比一般的同类产品更小。
 
目前TDK也在进一步扩充TMR产品阵容，应对多样化的应用，比如最近TDK就推出了为TMR角度传感器提供了优化的信号调节新型的TMR模拟前端。
 
Crocus：TMR行业技术风向标
 
Crocus是第一批专注TMR技术的公司，它代表了TMR技术在世界范围的技术风向。Crocus独有的XtremeSense TMR技术让旗下产品有着极高的灵敏度、最低的功耗和最小的尺寸。在标定的测量范围下，Crocus的TMR传感有着小于0.5%的总误差，这种级别的线性度上下幅度可以说是TMR业内天花板。这也可以看出作为第一批专注TMR技术的公司，Crocus在技术上的领先，尤其是测量精度上的领先。
 
ADI：利用信号链优势布局AMR技术路线
 
ADI的磁阻传感以异向性磁电阻位置传感器解决方案为基础，其AMR技术收购自Sensitec。ADI的优势主要体现在集成上，充分发挥了ADI在信号链上的优势。ADI会在AMR传感上集成信号调理放大器和ADC驱动器，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。在集成性这么高的情况下ADI能将精度控制的很高并不容易。
 
多维科技：国产磁阻传感IC，专注高端磁阻传感应用
 
多维科技是一家专注于磁阻传感的国内厂商，根据官网信息，目前在AMR、TMR路线上均有布局，AMR和TMR的产品非常丰富，拥有先进的8英寸磁传感器量产晶圆产线，磁阻传感器晶圆制造工艺也很成熟，目前共有200多款磁传感器芯片和模组产品。
 

 
（多维科技）

 
多维科技是国内最早开始TMR技术研发的公司，通过引入国外先进技术打破TMR芯片的国外垄断。其TMR产品目前来看在线性误差范围和封装尺寸上还有进步的空间，其他指标可以完全对标国外一流的TMR产品。
 
旗下的AMR产品测量精度也是行业一流水平，不管是从精度还是细节设计上，国产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。
 
写在最后
 
作为下一代的磁传感器技术，磁阻传感凭借性能优势，渗透率正日益提升。尤其是在汽车领域，随着汽车功能复杂度的提升和安全要求的提升，磁阻传感开始在高要求应用场景替代霍尔传感。