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新型的工业级TMR角度传感器

发布时间:2022-12-05 来源:艾睿电子 责任编辑:wenwei

【导读】在 IoT 市场、工业设备以及消费类方面的应用中,常需要传感器来感测角度,使设备能够进行精确的运动或是进行相对应的判断,其中一种新型的 TMR (Tunnel Magneto-resistance)传感器便具有高灵敏度、低功耗、高线性度、低温度依赖性等优势。本文将为您介绍TMR传感器的特色,以及由Murata销售的Crocus Technology TMR角度传感器的产品特性。


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磁阻效应可应用于存储与传感领域


TMR(隧道磁电阻)是指一种发生在磁性隧道结(MTJ)中的磁电阻效应,是由两个薄绝缘体及其隔开的铁磁体所组成的组件,在绝缘层相当薄(通常为几奈米)的情况下,电子可以从一个铁磁体隧穿过去另一边,其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化。磁电阻效应是磁阻式随机存取内存(MRAM)与硬盘中的磁性读写头的科学基础,也被应用于传感领域。


TMR磁传感器是由一个由介电势垒隔开的固定层和自由(传感)层所组成,如果外部磁场发生变化,则传感层的磁化强度会改变其大小和方向,这会导致MTJ电阻发生变化。但是,TMR角度传感器和TMR线性磁传感器之间存在一个重要区别,TMR磁传感器通常工作在TMR特性的线性范围内,而角度传感器则处于饱和区。换言之,传感层的磁化强度始终处于最大可能的幅度,并随着外部磁场角的变化而改变其方向矢量,这种方法的明显限制是角度传感器不能在低磁场下工作,典型角度传感器的工作磁场范围在25 mT和90 mT之间。


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通过传感电阻的变化来检测角度


TMR效应的表现为材料堆叠(包括铁磁合金)的电阻变化,TMR堆栈的电阻与感应层和固定层之间的角度直接相关,因此通过检测电阻的变化,便可以进行角度的检测。TMR技术相较于其他技术具有许多优势,像是可进行全360°旋转辨别,且只对角度敏感,对外场强度不敏感,且因为采用了非接触式系统,因此不会产生机械磨损,可以远离灰尘和污染,也不受到机械振动的影响。


虽然基于TMR技术的传感器相对较新,但它们已经进入了各种工业和汽车应用,这些应用都需要监控旋转机械结构,像是电机轴和旋钮的角度、速度和方向的位置传感,都是角度传感器的典型应用。由于磁性测量原理、高灵敏度和低噪声,TMR磁传感器非常适合应用于转向角测量、无刷直流(BLDC)电机中电机通信的转子位置测量,以及用于车轮速度测量的速度感应(ABS传感器)与带有方向信息的曲轴速度和位置感应。


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适用于低功耗、高灵敏度和极端温度的


高精度传感器


由Crocus Technology所推出的磁传感器产品是基于其创新的XtremeSense® TMR技术,通过其特有CMOS平版印刷技术完整集成单片工艺,可在较宽的温度范围内实现高灵敏度、低噪声,这些磁传感器不仅具有高磁传感性能,还具备高温高可靠性,小尺寸、电流和热隔离、高频操作和低功耗等优点,提供出色的坚固性和稳定的性能,已经成为IoT领域和产业应用的理想检测解决方案。


本文要重点介绍的Crocus TMR角度传感器(2D传感器)则是由八个对磁场敏感的TMR电阻器组成,每个电阻器由多个MTJ(TMR组件)构成,可实现均匀磁场角度的精确测量。它优异的功能特性使其非常适合许多不同的操作环境,以及对准确性和快速响应很重要的应用,例如旋钮、编码器、电机/运动控制和许多其他应用。


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高性能的全桥式TMR角度传感器


由Crocus Technology推出的CT310是一款利用Xtreme Sense™技术开发而成的全桥式角度传感器,该角度传感器的工作磁场范围为25 mT至90 mT,可进行0°至360°的非接触式角度测量,在全工作温度范围内的补偿后角度误差不高于0.30°。同时,它还可以在1.0 V到5.5 V的工作电压范围内运作,并为正弦(SIN)和余弦(COS)轴提供差分输出。


CT310传感器采用双全桥电阻排,为8引脚TSSOP封装,可针对需要优先考虑空间问题的应用领域,此外还有尺寸为2.00 x 2.00 x 0.45毫米、小巧轻薄的8引脚DFN封装可供使用。


与线性传感器不同,CT310在饱和模式下运行,因此外部磁场的影响对其性能的影响很小,有助于它在整个温度范围内实现出色的稳定性,工业版可在-40℃至+85℃下工作,扩展工业版则支持-40℃至+125℃,可广泛应用于角度测量、旋转角度传感器与无刷直流电机。


结语


Crocus Technology基于TMR技术的2D角度传感器,是旧磁性2D传感器的理想替代品,该解决方案因为高CMOS集成能力,可支持单片IC,具备最低功耗、低角度误差和成本效益高等优势,将是工业、消费类产品角度传感应用的理想选择。


来源:艾睿电子



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