单芯片AMR磁阻传感并不单一的特色

纵观磁传感器的发展历程,可以分为以下几个阶段,先是基于霍尔效应的磁传感器,到基于各向异性磁阻效应的磁传感器,也就是amr传感,再到基于巨磁阻的gmr传感,最后是基于隧道磁阻的tmr传感。抛开霍尔效应传感这个我们了解且应用最多的一类磁传感,amr、gmr和tmr都有各自的特色。
amr异向磁阻效应即有些材料中的磁阻变化与磁场和电流间夹角有关。这种特性涉及到材料中的s轨道与d轨道电子散射各向异性,这种特性可以用来精确测量磁场。amr传感一般都采用桥式构造,磁电阻比在3%左右。这种amr传感在运控应用,尤其是车规级运控应用上有很多应用。除了必需的高精度之外,每家做amr传感的厂商都有一些不同的东西。
adi集成式amr传感
adi在磁场传感上所采用的架构能较大限度地发挥单芯片方案的优势,同时提供足够的功能以满足小器件数下的不同应用需求。
(图源:adi)
ada4571是双通道各向异性磁阻(amr)传感器,集成信号调理放大器和adc驱动器,产生模拟输出指示磁场的角位置。作为用于冗余系统的高精双通道amr传感,在0°到180°的测量范围内能做到不大于0.1°的误差,高精度是此类传感器件的前提。
在每一个通道中,一个封装内集成了一个amr传感和可变增益仪表放大器。众所周知系统的组成部分越多,那么对每个组成部分的灵敏度及误差要求就越高。在集成性足够高的情况下将精度控制得这么好实属难得。ada4571即使在微弱的饱和场中亦能实现极高的测量精度,而且在与ic封装平面平行的均质场内,输出信号与传感器和磁体之间的气隙基本无关,对气隙变化的敏感度非常小。
adi的amr传感器采用惠斯登电桥配置,与单一阻性元件相比,支持更宽的输出电压摆幅,还能抑制较大的直流失调。在ada4571中,每个检测通道含有两个单独的且互成45°角的惠斯登电桥。对于ada4571这种机械式角度度量体系的传感,在磁角的计算中,绝对电压和绝对磁场强度都不重要,因此,与其他的角度传感器技术相比,它对磁场强度和电压幅值变化及漂移都不敏感。
在对运动控制与定位应用来说,这种高精度低漂移的位置检测器件无疑是很受关注的。
nxp kma/z amr传感
nxp的amr传感除了高精度外,还能提供很低的功耗。其车规级amr系列在整个温度范围和生命周期内具备±1%的精确度,同时在整个生命周期内不太受参数降级的影响,对磁铁老化不敏感。
(图源:nxp)
同样,我们选择双通道的amr传感来看,kma220在单一封装内集成磁阻mr传感器电桥、混合信号集成电路ic和所需的电容。集成的两路通道均以完全独立的方式工作。独立的单一封装双通道传感器模块由于集成了滤波器,在电磁兼容性上也尤为出色。
该系列工作温度范围很高,能达到160℃,这比市面上很多同类产品高出了大概10%。这个系列里所有型号,都采用了锁定位提供写保护的故障安全非易失性存储器,允许用户将每条通道的角度范围、零角度和钳位电压永久保存在非易失性存储器中。这也是nxp独具特色的地方。
另外每个通道中包括了一个循环冗余检查(crc)、一个错误检测和校正(edc)以及磁铁损耗,以确保安全。如果混合信号ic的电源电压或接地线中断,则功率损耗检测电路将模拟输出拉到剩余的连接。在设计上nxp的amr ic系列提供了很多参考。
多维amr传感
多维科技是国内少数掌握tmr的传感器公司,在amr上虽然产品不多,但是每个系列的性能都不输其他同类一流产品。
(图源:多维科技)
amr4100是多维最新的amr传感,是一款高精度、模拟信号输出的双轴位置传感。amr4100输出相位相差45°的两组模拟电压信号(正弦、余弦),两组模拟电压的信号周期为磁场方向旋转周期的两倍。通过对两组模拟电压信号的解算实时确定目标磁场的角度位置。测量精度处于国际一流水平,绝对精度0.1°。
芯片内部amr磁阻工作在饱和区,其输出信号将不随磁场强度的变化而变化,这使得amr4100能够更好地适应多种应用环境,如测量系统运行过程中气隙振动或是高温退磁工况。
在常规的温度覆盖范围下,多维能提供比同类产品更优越的温度稳定性。这是因为芯片内部优化设计结构有效地补偿了传感器的温度漂移,提高了传感器芯片在多种应用环境下的测量精度,还顺便减小了被测对象与芯片安装间距的限制要求。不管是从精度还是细节设计上,国产的amr传感面对国际大厂的amr传感并未落入下风,反而在某些方面上还做得更细。
小结
在amr传感的测量范围内,它有着优秀的功耗、灵敏度和响应时间。对于运控应用来说,要实现更好的控制效果,位置控制是避不开的一环。amr传感正好能提供这种精准的位置测量。

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