惊奇：无处不在的磁阻传感器揭秘

laoxiang21

最近发现，原来MR(Magneto Resistance)磁阻传感器应用如此广泛，比如之前介绍的EPS系统中的扭矩检测，动力或BMS系统里面的电流检测，也覆盖还没介绍的发动机中的速度及相位检测



其中巨磁阻效应的发现者Albert Fert和 Peter Grunberg在2007 年，可是获得诺贝尔物理学奖

今天和大家做个分享，水平有限，欢迎大家留言讨论；

本文目录：

磁阻的常见检测类别

磁阻原理及类别简介

磁阻传感器的构造

磁阻传感器在系统的安装方式

国内磁阻传感器厂商

1

磁阻的常见检测类别

磁阻应用于旋转角度检测


图片摘自 罗罗日记

磁阻应用于直线运动检测


图片摘自 罗罗日记

磁栅编码器和磁旋转编码器


图片摘自 罗罗日记

2

磁阻原理及类别简介

磁阻：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻（Magnetoresistance）
磁阻效应：材料在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，同霍尔效应
如下图是AMR的原理，某些铁磁材料(比如坡莫合金)具备一种特别的属性，其电阻率随自身磁化强度和电流方向夹角的改变而变化，当外部磁场施加到铁磁性材料上，在铁磁材料的长度方向上施加一个垂直于磁场的电流，铁磁材料自身阻值的变化可以转化为输出端电压的变化，如下图所示，其中红色X箭头处于+-90°时候，和电流方向同向，电阻此时最大；当处于0/180°C时候和电流方向垂直，电阻最小



在1980年代以后，MR经历了：

- AMR(各向异性磁阻效应：Anisotropic magnetoresistance effect)元件

- GMR(巨磁阻效应：Giant magnetoresistance effect)元件

- TMR(穿隧磁阻效应：Tunnel magnetoresistance effect)元件，

AMR/GMR/TMR的材料，结构和电流流动方向有所区分，结构和特点如下：



AMR仅由自由层薄膜构成，GMR和TMR由自由层薄膜和固定层（薄膜及其他相关薄膜构成。自由层可以被磁化，磁化方向和外磁场方向相关，固定层的磁化方向被固定，不随外部磁场变化而变化；
GMR和TMR当磁化方向和固定层磁化方向相反时，电阻最大；当磁化方向和固定层磁化方向相同时，电阻最小



ARM/GMR/TMR的磁阻比例，输出电压及温度变化率如下


图片摘自 均敏电子


图片摘自 均敏电子

元件电阻的变化用MR比表示，从图中可以看到，GMR元件的MR比分别为3%，12%左右，而TMR元件甚至达到100%，TMR的灵敏度非常高，可以用于检测微弱的磁变化

3

磁阻传感器的构造

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就像有了晶体管，集成电路就是晶体管的应用；同理，磁阻传感器和芯片一样，也是通过工艺设计出来的
以角度传感器为例，如下图，AMR磁阻角传感器在硅基板上蚀刻，四个坡莫合金条以惠斯通电桥结构排列，分别连接到传感器的VDD和GND



如下图，基于上文介绍的，AMR材料，磁场和电流同向时，AMR电阻最大；垂直时候，电阻最小；


图片摘自 罗罗日记

施加磁场后，磁阻元件R1、R4的电阻值将下降，惠斯通电桥的中点之间的电位将产生差异，且差分值与sin2α成比例如下图是Crocus 基于TMR的2D角度传感器 CT310的芯片示意图


而下图，为另一公司提供的磁阻角度传感器的更详细的电路架构图


图片摘自 可可电驱

4

磁阻传感器的安装示例

之前电动助力转向EPS文章的介绍，具体安装示意图如下

而常用的电机速度反馈，如下图



图片摘自 Allegro官网

5

国内磁阻传感器厂商

江苏真是一个藏龙卧虎的地方

多维科技：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。



苏州矩阵光电有限公司：专注于化合物半导体材料及芯片的研发、设计与制造。公司产品主要有：磁敏器件系列产品，主要应用于工业级及消费级电流/位移传感器，貌似产品以霍尔为主，磁阻的还没上线官网



微传智能科技(常州)有限公司：一家集自主研发芯片、模块、系统于一体的传感器及物联网解决方案商，并拥有自主核心算法和整体应用方案的高科技公司。公司拥有优秀的传感器和ASIC芯片设计团队，各成员大多来自世界知名顶级公司，拥有自主的AMR技术、可靠的核心算法及应用方案，稳定的生产质量和供应链管控，是国内AMR磁传感器技术的领先者。


上海矽睿科技，成立于2012年，始终专注于高质量传感器产品的设计、制造、以及增值应用与服务，致力于成为以应用为导向的多传感器平台，提供智能、集成、经济的传感器解决方案

lidenghui

针对您所提到的帖子内容，作为汽车工程师，我对于磁阻传感器在汽车领域的应用深有体会。帖子中提到MR磁阻传感器广泛应用于EPS系统、动力或BMS系统以及发动机检测等。其原理基于巨磁阻效应，该效应的发现者Albert Fert和Peter Grunberg因此获得诺贝尔物理学奖。关于磁阻的常见检测类别、原理、构造以及安装方式和国内相关厂商，欢迎留言讨论。随着汽车智能化和电动化的发展，磁阻传感器的重要性愈发凸显，值得我们深入探讨和研究。

wmwlove

您好，作为一名汽车工程师，很高兴看到您对磁阻传感器（MR传感器）在车辆系统中的应用产生了兴趣。MR传感器在汽车行业中广泛应用于EPS扭矩检测、BMS电流检测以及发动机速度和相位检测等。其工作原理基于巨磁阻效应，这一效应的发现者Albert Fert和Peter Grunberg也因此荣获诺贝尔物理学奖。关于MR传感器的构造和系统安装方式等详细内容，这里简要说明，详细的原理和设计还需要通过查阅相关资料或者专业人士指导。MR传感器一般由磁敏感元件、测量电路以及信号处理电路组成。在汽车系统中安装时需要考虑工作环境、温度、电磁干扰等因素。至于国内MR传感器厂商，已有不少企业在这一领域取得显著成果。欢迎您留言讨论，共同学习进步。