GMR 技術(shù)可節(jié)省汽車的燃油經(jīng)濟性

汽車行業(yè)繼續(xù)推動更高效的燃料消耗和減少二氧化碳排放。GMR（巨磁阻）技術(shù)提高了性能并擴展了現(xiàn)有霍爾解決方案的運行能力。

GMR 傳感器（磁阻效應(yīng)磁場傳感器）的特點是對磁場的響應(yīng)與頻率無關(guān)。因此，有可能以 kHz 數(shù)量級的發(fā)生率獲得良好的靈敏度和最大輸出信號。

GMR技術(shù)

GMR 技術(shù)利用了在各種鐵磁多層中觀察到的量子磁阻力學。由于 Albert Fert 和 Peter Grunderb 的研究，這項研究獲得了諾貝爾獎。

該效應(yīng)顯著改變了電阻，具體取決于相鄰鐵磁元件的磁化。通過施加外部磁場來組織磁化方向。結(jié)果是電子對旋轉(zhuǎn)方向的散射依賴性。

以下公式描述了磁阻：??

其中 R (H) 是樣品在磁場 H 中的電阻，R (0) 對應(yīng)于 H = 0。該表達式的替代形式可以使用電阻率而不是電阻。

基本原理取決于電子的旋轉(zhuǎn)。在磁阻器中，電子散射速度隨著電子自旋和介質(zhì)磁取向的相互作用而變化，電子在其中傳播——GMR 換能器的電阻在磁場存在時發(fā)生變化。

GMR 傳感器特別有希望開發(fā)創(chuàng)新的混合傳感器模型，以通過電磁手段檢測和表征導電多層膜中的地下不連續(xù)性。這些混合傳感器集成了一個傳統(tǒng)線圈，它在被測材料中產(chǎn)生交變磁場，以及一個 GMR 傳感器作為檢測元件，檢測由于相互作用而產(chǎn)生的磁場干擾。

與霍爾效應(yīng)技術(shù)一樣，GMR 與信號調(diào)節(jié)電路整體結(jié)合。輸出信號大于霍爾信號，具有更高的信噪比和更低的輸出信號抖動。這些特性使 GMR 傳感器能夠檢測更遠距離的物體。

評估 GMR 傳感器選擇的主要特征包括幾個重要因素。首先，最重要的考慮是易于設(shè)計，“解決方案必須是一個完全集成的模塊，包括磁鐵和保護組件，以在用戶完成的傳感器設(shè)計中實現(xiàn)最佳性能。包含磁鐵和 EMC 保護顯著簡化了 GMR 傳感器的設(shè)計，”Allegro 的發(fā)言人說。第二個考慮因素是外部磁場干擾及其干擾輸出信號的能力?！巴ㄟ^使用差分傳感技術(shù)消除了共模場。但是，共模場以外的雜散場會干擾磁傳感器的輸出信號，需要在設(shè)計過程中加以考慮，”產(chǎn)品線經(jīng)理 Christine Graham 說，

主要的設(shè)計考慮是優(yōu)化磁路以通過 GMR 技術(shù)實現(xiàn)卓越的性能，因此，這就是原因。這是必須的，由 GMR IC 供應(yīng)商完成。將 GMR IC 和磁鐵設(shè)計為一個系統(tǒng)，最好由了解 GMR 設(shè)計的人員來完成。

變速器設(shè)計需要更小、更輕，以提高效率和燃油經(jīng)濟性。這對圍繞速度傳感器的安裝位置和容差產(chǎn)生了顯著的空間限制。解決方案是通過在更遠的氣隙下運行來提供更大的靈活性，而不會犧牲在更近的氣隙下工作的前身部件的預期性能。

圖 1：ATS19580 的功能框圖

Allegro MicroSystems 宣布推出其 ATS19580，這是業(yè)界首款完全集成和逆向集成的巨磁阻傳輸方向和速度傳感器 (GMR)。由于其高度集成，ATS19580 提供高抗振性并減小系統(tǒng)尺寸、復雜性和成本，從而節(jié)省燃料。Allegro 擁有領(lǐng)先數(shù)字處理能力的專有技術(shù)為傳輸速度傳感設(shè)立了新標準。ATS19580 的功能簡化了客戶速度傳感器的集成，使他們能夠設(shè)計安全且省油的系統(tǒng)（圖 1 和圖 2）。

“在 GMR 傳感器的設(shè)計過程中，最關(guān)鍵的部分是傳感器的工作范圍和信號精度。在較遠的氣隙下運行，但不允許我們的客戶和汽車制造商在總有效氣隙范圍內(nèi)有足夠的容差，這不會被視為解決方案，因為它會增加設(shè)計如此精確的機械系統(tǒng)的成本。此外，必須不犧牲信號精度，因此需要保持動態(tài)氣隙能力、抗振性和熱梯度補償。這些用于終端系統(tǒng)補償?shù)?a target="_blank">算法開發(fā)已經(jīng)過去了二十年，”Christine 說。

圖2：ATS19580 GMR傳感器典型應(yīng)用電路

“傳輸是 ATS19580LSN 的目標市場。然而，任何根據(jù)速度、方向或脈沖計數(shù)確定的檔位當然都可以從傳感器的功能中受益。例如休閑車（即 UTV、雪地摩托、叉車等），”克里斯汀說。

霍爾和 GMR 技術(shù)

磁場檢測使用 GMR 和霍爾效應(yīng)傳感器。這兩種技術(shù)都與集成電路處理兼容。

磁阻傳感器提供的靈敏度高于霍爾傳感器。GMR 傳感器的靈敏度可通過選擇薄膜厚度和線寬進行調(diào)節(jié)。相反，霍爾效應(yīng)有利于沒有飽和效應(yīng)的高線性測量，直至極高的場強（圖 3）。

圖 3：霍爾 (a) 和 GMR (b) 傳感器布局

霍爾效應(yīng)傳感器可以檢測垂直磁場，而磁阻傳感器可以檢測平行磁場。因此，GMR 傳感器由單極傳感組成，用于精密、非接觸式位移應(yīng)用，例如醫(yī)療分析儀和磁場編碼器。然而，霍爾效應(yīng)傳感器確定齒輪齒的接近度作為 CNC 機床并測量傳輸速度。

駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 在靈敏度方面需要更高的準確性和可靠的系統(tǒng)。巨磁阻 (GMR) 是滿足這些高級要求的有力候選者，它取代了霍爾效應(yīng)作為傳感傳感器。原則上，GMR 和霍爾都是磁傳感器，但兩者在基本操作和能力上有所不同。

基于霍爾的磁感應(yīng)場的最小微分值小于 30 高斯，而 GMR 技術(shù)可低至 5 高斯。GMR 需要更嚴格的設(shè)計條件，并提供定義的線性范圍，在 100 高斯范圍內(nèi)具有理想的峰峰值磁信號幅度。

一般來說，所有設(shè)備都可以在磁性設(shè)計范圍之外運行而不會造成永久性損壞。但是，根據(jù)信號處理算法的不同，性能可能會下降。在 GMR 傳感器中，這種退化可能會以更高的成本發(fā)生。???

審核編輯 黃昊宇