【導(dǎo)讀】在 IoT 市場、工業(yè)設(shè)備以及消費類方面的應(yīng)用中,常需要傳感器來感測角度,使設(shè)備能夠進行精確的運動或是進行相對應(yīng)的判斷,其中一種新型的 TMR (Tunnel Magneto-resistance)傳感器便具有高靈敏度、低功耗、高線性度、低溫度依賴性等優(yōu)勢。本文將為您介紹TMR傳感器的特色,以及由Murata銷售的Crocus Technology TMR角度傳感器的產(chǎn)品特性。
磁阻效應(yīng)可應(yīng)用于存儲與傳感領(lǐng)域
TMR(隧道磁電阻)是指一種發(fā)生在磁性隧道結(jié)(MTJ)中的磁電阻效應(yīng),是由兩個薄絕緣體及其隔開的鐵磁體所組成的組件,在絕緣層相當(dāng)?。ㄍǔ閹啄蚊祝┑那闆r下,電子可以從一個鐵磁體隧穿過去另一邊,其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化。磁電阻效應(yīng)是磁阻式隨機存取內(nèi)存(MRAM)與硬盤中的磁性讀寫頭的科學(xué)基礎(chǔ),也被應(yīng)用于傳感領(lǐng)域。
TMR磁傳感器是由一個由介電勢壘隔開的固定層和自由(傳感)層所組成,如果外部磁場發(fā)生變化,則傳感層的磁化強度會改變其大小和方向,這會導(dǎo)致MTJ電阻發(fā)生變化。但是,TMR角度傳感器和TMR線性磁傳感器之間存在一個重要區(qū)別,TMR磁傳感器通常工作在TMR特性的線性范圍內(nèi),而角度傳感器則處于飽和區(qū)。換言之,傳感層的磁化強度始終處于最大可能的幅度,并隨著外部磁場角的變化而改變其方向矢量,這種方法的明顯限制是角度傳感器不能在低磁場下工作,典型角度傳感器的工作磁場范圍在25 mT和90 mT之間。
通過傳感電阻的變化來檢測角度
TMR效應(yīng)的表現(xiàn)為材料堆疊(包括鐵磁合金)的電阻變化,TMR堆棧的電阻與感應(yīng)層和固定層之間的角度直接相關(guān),因此通過檢測電阻的變化,便可以進行角度的檢測。TMR技術(shù)相較于其他技術(shù)具有許多優(yōu)勢,像是可進行全360°旋轉(zhuǎn)辨別,且只對角度敏感,對外場強度不敏感,且因為采用了非接觸式系統(tǒng),因此不會產(chǎn)生機械磨損,可以遠離灰塵和污染,也不受到機械振動的影響。
雖然基于TMR技術(shù)的傳感器相對較新,但它們已經(jīng)進入了各種工業(yè)和汽車應(yīng)用,這些應(yīng)用都需要監(jiān)控旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu),像是電機軸和旋鈕的角度、速度和方向的位置傳感,都是角度傳感器的典型應(yīng)用。由于磁性測量原理、高靈敏度和低噪聲,TMR磁傳感器非常適合應(yīng)用于轉(zhuǎn)向角測量、無刷直流(BLDC)電機中電機通信的轉(zhuǎn)子位置測量,以及用于車輪速度測量的速度感應(yīng)(ABS傳感器)與帶有方向信息的曲軸速度和位置感應(yīng)。
適用于低功耗、高靈敏度和極端溫度的
高精度傳感器
由Crocus Technology所推出的磁傳感器產(chǎn)品是基于其創(chuàng)新的XtremeSense? TMR技術(shù),通過其特有CMOS平版印刷技術(shù)完整集成單片工藝,可在較寬的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)高靈敏度、低噪聲,這些磁傳感器不僅具有高磁傳感性能,還具備高溫高可靠性,小尺寸、電流和熱隔離、高頻操作和低功耗等優(yōu)點,提供出色的堅固性和穩(wěn)定的性能,已經(jīng)成為IoT領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的理想檢測解決方案。
本文要重點介紹的Crocus TMR角度傳感器(2D傳感器)則是由八個對磁場敏感的TMR電阻器組成,每個電阻器由多個MTJ(TMR組件)構(gòu)成,可實現(xiàn)均勻磁場角度的精確測量。它優(yōu)異的功能特性使其非常適合許多不同的操作環(huán)境,以及對準(zhǔn)確性和快速響應(yīng)很重要的應(yīng)用,例如旋鈕、編碼器、電機/運動控制和許多其他應(yīng)用。
高性能的全橋式TMR角度傳感器
由Crocus Technology推出的CT310是一款利用Xtreme Sense?技術(shù)開發(fā)而成的全橋式角度傳感器,該角度傳感器的工作磁場范圍為25 mT至90 mT,可進行0°至360°的非接觸式角度測量,在全工作溫度范圍內(nèi)的補償后角度誤差不高于0.30°。同時,它還可以在1.0 V到5.5 V的工作電壓范圍內(nèi)運作,并為正弦(SIN)和余弦(COS)軸提供差分輸出。
CT310傳感器采用雙全橋電阻排,為8引腳TSSOP封裝,可針對需要優(yōu)先考慮空間問題的應(yīng)用領(lǐng)域,此外還有尺寸為2.00 x 2.00 x 0.45毫米、小巧輕薄的8引腳DFN封裝可供使用。
與線性傳感器不同,CT310在飽和模式下運行,因此外部磁場的影響對其性能的影響很小,有助于它在整個溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)出色的穩(wěn)定性,工業(yè)版可在-40℃至+85℃下工作,擴展工業(yè)版則支持-40℃至+125℃,可廣泛應(yīng)用于角度測量、旋轉(zhuǎn)角度傳感器與無刷直流電機。
結(jié)語
Crocus Technology基于TMR技術(shù)的2D角度傳感器,是舊磁性2D傳感器的理想替代品,該解決方案因為高CMOS集成能力,可支持單片IC,具備最低功耗、低角度誤差和成本效益高等優(yōu)勢,將是工業(yè)、消費類產(chǎn)品角度傳感應(yīng)用的理想選擇。
來源:艾睿電子
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