【導讀】在 IoT 市場、工業設備以及消費類方面的應用中，常需要傳感器來感測角度，使設備能夠進行精確的運動或是進行相對應的判斷，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角度傳感器的產品特性。
磁阻效應可應用于存儲與傳感領域
TMR（隧道磁電阻）是指一種發生在磁性隧道結（MTJ）中的磁電阻效應，是由兩個薄絕緣體及其隔開的鐵磁體所組成的組件，在絕緣層相當薄（通常為幾奈米）的情況下，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。磁電阻效應是磁阻式隨機存取內存（MRAM）與硬盤中的磁性讀寫頭的科學基礎，也被應用于傳感領域。
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，如果外部磁場發生變化，則傳感層的磁化強度會改變其大小和方向，這會導致MTJ電阻發生變化。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別，TMR磁傳感器通常工作在TMR特性的線性范圍內，而角度傳感器則處于飽和區。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效應的表現為材料堆疊（包括鐵磁合金）的電阻變化，TMR堆棧的電阻與感應層和固定層之間的角度直接相關，因此通過檢測電阻的變化，便可以進行角度的檢測。TMR技術相較于其他技術具有許多優勢，像是可進行全360°旋轉辨別，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，因此不會產生機械磨損，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技術的傳感器相對較新，但它們已經進入了各種工業和汽車應用，這些應用都需要監控旋轉機械結構，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用于轉向角測量、無刷直流（BLDC）電機中電機通信的轉子位置測量，以及用于車輪速度測量的速度感應（ABS傳感器）與帶有方向信息的曲軸速度和位置感應。
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品是基于其創新的XtremeSense? TMR技術，通過其特有CMOS平版印刷技術完整集成單片工藝，可在較寬的溫度范圍內實現高靈敏度、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點，提供出色的堅固性和穩定的性能，已經成為IoT領域和產業應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）構成，可實現均勻磁場角度的精確測量。它優異的功能特性使其非常適合許多不同的操作環境，以及對準確性和快速響應很重要的應用，例如旋鈕、編碼器、電機／運動控制和許多其他應用。
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?技術開發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，可針對需要優先考慮空間問題的應用領域，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實現出色的穩定性，工業版可在-40℃至+85℃下工作，擴展工業版則支持-40℃至+125℃，可廣泛應用于角度測量、旋轉角度傳感器與無刷直流電機。
結語
Crocus Technology基于TMR技術的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勢，將是工業、消費類產品角度傳感應用的理想選擇。
來源：艾睿電子
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