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從霍爾到磁阻,高精度磁傳感升級進行時

磁傳感如何進化升級
2024-07-24 16:57 芯傳感
關鍵詞:磁傳感器

導讀:融合磁傳感技術正在成為風向,不論是霍爾加上磁阻傳感技術的融合,還是不同磁阻傳感技術的融合,在單一傳感器上進行多路技術集成帶來了更強的競爭力。

磁傳感是在現(xiàn)代工業(yè)和電子產品中應用得相當廣泛的一類傳感器件,通過把磁場、電流、應力應變、溫度、光等外界因素引起的敏感元件磁性能變化轉換成電信號來檢測相應物理量變化。

 

在磁性位置傳感器這一大類別里,有基于霍爾效應的磁傳感器,有基于各向異性磁阻效應的AMR傳感器,有基于巨磁阻效應的GMR傳感器,還有基于隧道磁阻效應的TMR傳感器,這些是目前位置傳感應用里的核心傳感技術,后面三者也被統(tǒng)稱為磁阻傳感器。

 

傳統(tǒng)霍爾到3D霍爾

 

基于霍爾效應的磁傳感器從應用端的使用率上來看無疑是最多的技術路線,技術成熟、結構簡單、體積小重量輕且性價比高是它的優(yōu)勢。在很多高端應用場景,如汽車、機器人、工業(yè)自動化中,依然有著不少霍爾效應磁傳感在應用。

 

這類場景中,3D霍爾效應位置傳感器應用得越來越多,是近年來備受關注的傳感器類型。3D霍爾傳感器通過在X、Y和Z軸三個方向上放置三個獨立的霍爾元件,可以同時測量物體在三個軸上的磁場強度,從而實現(xiàn)對物體的三維磁場感知。3D霍爾效應位置傳感器可以提供多個磁場范圍以應對不同的強磁場環(huán)境保證可靠度。用高帶寬進行測量的3D霍爾也提高了傳感器感測的整體速度。

 

目前市面上可以提供3D霍爾傳感器廠家相比于傳統(tǒng)霍爾傳感廠商還比較少,傳統(tǒng)霍爾向3D霍爾轉變難度不小。國內不少廠商都已經推出了3D霍爾傳感,如燦瑞、昆泰芯、霍爾微等。根據QYResearch發(fā)布的3D霍爾傳感器行業(yè)分析報告,預計2029年全球3D霍爾傳感器市場規(guī)模將達到1.9億美元,近五年年復合增長率為8.5%。汽車、工業(yè)自動化、航空航天、智能家電等需要精確測量磁場的應用對高精度傳感的需求在大力推動3D霍爾的發(fā)展。

 

汽車市場增長帶動磁阻傳感普及

 

三類磁阻傳感都基于最原始的磁阻效應,即通有電流的導體上施加磁場,導體電阻值會發(fā)生明顯的變化。AMR磁阻傳感應用了電子的散射各向異性,GMR磁阻傳感應用了磁性材料電阻率在磁場作用時變化幅度非常大的特性應,TMR磁阻傳感應用了穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的特性。

 

AMR、GMR和TMR,三種磁阻傳感技術難度遞增,結構復雜度、成本和工藝難度同樣如此,與之相匹配的是更高的靈敏度和更大的磁阻效應。以代表靈敏度的磁電阻比ΔR/Rmin為例,AMR在3%左右,GMR在15%左右,TMR直接提高到50%以上。

 

這幾類傳感,在汽車傳感、智能電網、新能源等磁場、電流測量領域有著不可替代的重要作用,近年來隨著材料、元器件、電路技術以及傳感技術的發(fā)展,這些高技術門檻高成本的技術應用也開始多了起來,正逐步取代霍爾成為新一代的集成化磁場傳感器技術代表。

 

相關傳感技術賽道上的廠商也越來越多,各廠商也在不斷增強磁阻傳感技術實力,NXP獲得了TMR龍頭廠商Crocus的技術授權;TDK收購了霍爾傳感廠商Micronas,英飛凌在不斷探索融合磁阻傳感xMR兼顧各磁阻傳感優(yōu)勢;多維科技在TMR和AMR產品上不斷在推陳出新;Allegro重點布局在GMR賽道,同時在探索TMR賽道。

 

磁阻傳感開始普及和汽車市場有著莫大的關系,汽車向電動化、智能化和網聯(lián)化方向發(fā)展,對磁傳感的需求大增,單個汽車搭載的磁傳感數(shù)量和價值不斷上漲。為了匹配汽車電子系統(tǒng),磁阻傳感開始加速滲透。

 

小結

 

從目前行業(yè)主要磁阻傳感廠商的動向來看,融合磁傳感技術正在成為風向,不論是霍爾加上磁阻傳感技術的融合,還是不同磁阻傳感技術的融合,在單一傳感器上進行多路技術集成帶來了更強的競爭力??梢灶A見未來磁傳感市場會出現(xiàn)越來越多的組合技術式產品,以匹配高端電子設備系統(tǒng)的傳感需求。