汽車工業(yè)繼續(xù)推動更有效的燃料消耗和減少二氧化碳排放。與現(xiàn)有的霍爾解決方案相比，GMR（巨磁阻）技術提高了性能并擴展了操作能力。

GMR傳感器（磁阻效應磁場傳感器）的特征在于它們對磁場的響應，而這與頻率無關。因此，有可能以kHz的出現(xiàn)率獲得良好的靈敏度和最大的輸出信號。

GMR技術

GMR技術利用了在各種鐵磁多層中觀察到的量子磁阻機制。這項研究獲得了諾貝爾獎，這要歸功于Albert Fert和Peter Grunderb的研究。

該效果根據(jù)相鄰鐵磁元件的磁化強度顯著改變了電阻。通過施加外部磁場來組織磁化方向。結果是電子對旋轉(zhuǎn)取向的散射依賴性。

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）對應于H =0。此表達式的替代形式可以使用電阻率代替電阻。

基本原理取決于電子的旋轉(zhuǎn)。在磁阻電阻器中，電子散射速度隨電子自旋和介質(zhì)的磁取向的相互作用而變化，電子在該介質(zhì)中行進-在磁場的作用下GMR換能器的電阻發(fā)生變化。

GMR傳感器對于開發(fā)創(chuàng)新的混合傳感器模型特別有希望，該模型可通過電磁手段檢測和表征導電多層板中的地下不連續(xù)性。這些混合傳感器集成了一個常規(guī)線圈和一個GMR傳感器，該線圈在被檢材料中產(chǎn)生交變磁場，而GMR傳感器則是由于相互作用而產(chǎn)生磁場干擾的檢測元件。

像霍爾效應技術一樣，GMR與信號調(diào)理電路緊密相連。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。這些質(zhì)量使GMR傳感器可以檢測到更大距離的物體。

評估GMR傳感器選擇的主要特征包括幾個關鍵要素。首先，首先要考慮的是易于設計，“解決方案必須是一個完全集成的模塊，包括磁體和保護組件，以在用戶完成的傳感器設計中實現(xiàn)最佳性能。包括磁體和EMC保護，大大簡化了GMR傳感器的設計?！?Allegro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。通過使用差分傳感技術可以消除共模場。但是，共模場以外的雜散場會破壞磁傳感器的輸出信號，因此在設計過程中需要加以考慮?！?/p>

主要設計考慮因素是優(yōu)化磁路，以利用GMR技術獲得卓越的性能，因此，這就是原因。這是必須的，由GMR IC供應商來完成。熟悉GMR設計的人員最好將GMR IC和磁體設計為系統(tǒng)。

變速箱設計需要更小，更輕，以提高效率和燃油經(jīng)濟性。這樣對安裝位置和速度傳感器周圍的公差產(chǎn)生了很大的空間限制。解決方案是通過在較遠的氣隙處進行操作而提供更大的靈活性，而不會折衷在較近的氣隙處起作用的先前零件的預期性能。

圖1：ATS19580的功能框圖

Allegro MicroSystems宣布推出其ATS19580，這是業(yè)界首個完全集成和重新集成的巨型磁阻傳輸方向和速度傳感器（GMR）。由于具有高度的集成性，ATS19580具有很高的抗振性，并減小了系統(tǒng)尺寸，復雜性和成本，從而節(jié)省了燃料。Allegro的專有技術和領先的數(shù)字處理技術為傳輸速度感應設定了新的標準。ATS19580的功能簡化了客戶速度傳感器的集成，并使他們能夠設計安全且省油的系統(tǒng)（圖1和2）。

“在設計GMR傳感器期間，最關鍵的部分是傳感器的工作范圍和信號精度。要在較遠的氣隙下運行，但不能為我們的客戶和汽車制造商在總的有效氣隙范圍內(nèi)留有足夠的公差，則該汽車制造商將不被視為解決方案，因為這會增加設計這種精確機械系統(tǒng)的成本。同樣，必須權衡信號精度，因此必須保持動態(tài)氣隙能力，抗振動性和熱梯度補償。這些算法用于終端系統(tǒng)補償?shù)拈_發(fā)已經(jīng)進行了二十年，” Christine說。

圖2：ATS19580 GMR傳感器的典型應用電路

“傳輸是ATS19580LSN的目標市場。但是，確定用于速度，方向或脈沖計數(shù)的任何齒輪肯定可以從傳感器的功能中受益。例子包括休閑車（即UTV，雪地車，叉車等），”克里斯汀說。

霍爾和GMR技術

磁場檢測使用GMR和霍爾效應傳感器。兩種技術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膜厚和線寬來調(diào)節(jié)。相反，霍爾效應有利于高度線性的測量，而沒有飽和效應直至極高的場強（圖3）。

圖3：霍爾（a）和GMR（b）傳感器布局

霍爾效應傳感器可以檢測垂直磁場，而磁阻傳感器可以處理平行磁場。因此，GMR傳感器由單極傳感組成，用于精密，非接觸式位移應用，例如醫(yī)療分析儀和磁場編碼器。但是，霍爾效應傳感器可確定CNC機床的齒輪齒距并測量傳輸速度。

駕駛員輔助系統(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）可以很好地滿足這些高級要求，可以代替霍爾效應作為傳感換能器。原則上，GMR和霍爾都是磁傳感器，但是兩者的基本操作和功能不同。

與GMR技術不同，基于霍爾的磁感應場的最小差分值小于30高斯，該差分值可低至5高斯。GMR需要更嚴格的設計條件，并提供定義的線性范圍，且理想的峰-峰磁信號幅度應在100高斯范圍內(nèi)。

通常，所有設備都可以在磁性設計范圍之外運行，而不會造成永久性損壞。但是，取決于信號處理算法，性能可能會下降。在GMR傳感器中，這種降級的成本可能更高。

編輯：hfy