汽車(chē)行業(yè)繼續(xù)推動(dòng)更高效的燃料消耗和減少二氧化碳排放。GMR（巨磁阻）技術(shù)提高了性能并擴(kuò)展了現(xiàn)有霍爾解決方案的運(yùn)行能力。

GMR 傳感器（磁阻效應(yīng)磁場(chǎng)傳感器）的特點(diǎn)是對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)與頻率無(wú)關(guān)。因此，有可能以 kHz 數(shù)量級(jí)的發(fā)生率獲得良好的靈敏度和最大輸出信號(hào)。

GMR技術(shù)

GMR 技術(shù)利用了在各種鐵磁多層中觀察到的量子磁阻力學(xué)。由于 Albert Fert 和 Peter Grunderb 的研究，這項(xiàng)研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

該效應(yīng)顯著改變了電阻，具體取決于相鄰鐵磁元件的磁化。通過(guò)施加外部磁場(chǎng)來(lái)組織磁化方向。結(jié)果是電子對(duì)旋轉(zhuǎn)方向的散射依賴性。

以下公式描述了磁阻：  

其中 R (H) 是樣品在磁場(chǎng) H 中的電阻，R (0) 對(duì)應(yīng)于 H = 0。該表達(dá)式的替代形式可以使用電阻率而不是電阻。

基本原理取決于電子的旋轉(zhuǎn)。在磁阻器中，電子散射速度隨著電子自旋和介質(zhì)磁取向的相互作用而變化，電子在其中傳播——GMR 換能器的電阻在磁場(chǎng)存在時(shí)發(fā)生變化。

GMR 傳感器特別有希望開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的混合傳感器模型，以通過(guò)電磁手段檢測(cè)和表征導(dǎo)電多層膜中的地下不連續(xù)性。這些混合傳感器集成了一個(gè)傳統(tǒng)線圈，它在被測(cè)材料中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，以及一個(gè) GMR 傳感器作為檢測(cè)元件，檢測(cè)由于相互作用而產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾。

與霍爾效應(yīng)技術(shù)一樣，GMR 與信號(hào)調(diào)節(jié)電路整體結(jié)合。輸出信號(hào)大于霍爾信號(hào)，具有更高的信噪比和更低的輸出信號(hào)抖動(dòng)。這些特性使 GMR 傳感器能夠檢測(cè)更遠(yuǎn)距離的物體。

評(píng)估 GMR 傳感器選擇的主要特征包括幾個(gè)重要因素。首先，最重要的考慮是易于設(shè)計(jì)，“解決方案必須是一個(gè)完全集成的模塊，包括磁鐵和保護(hù)組件，以在用戶完成的傳感器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)最佳性能。包含磁鐵和 EMC 保護(hù)顯著簡(jiǎn)化了 GMR 傳感器的設(shè)計(jì)，”Allegro 的發(fā)言人說(shuō)。第二個(gè)考慮因素是外部磁場(chǎng)干擾及其干擾輸出信號(hào)的能力。“通過(guò)使用差分傳感技術(shù)消除了共模場(chǎng)。但是，共模場(chǎng)以外的雜散場(chǎng)會(huì)干擾磁傳感器的輸出信號(hào)，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以考慮，”產(chǎn)品線經(jīng)理 Christine Graham 說(shuō)，

主要的設(shè)計(jì)考慮是優(yōu)化磁路以通過(guò) GMR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)卓越的性能，因此，這就是原因。這是必須的，由 GMR IC 供應(yīng)商完成。將 GMR IC 和磁鐵設(shè)計(jì)為一個(gè)系統(tǒng)，最好由了解 GMR 設(shè)計(jì)的人員來(lái)完成。

變速器設(shè)計(jì)需要更小、更輕，以提高效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。這對(duì)圍繞速度傳感器的安裝位置和容差產(chǎn)生了顯著的空間限制。解決方案是通過(guò)在更遠(yuǎn)的氣隙下運(yùn)行來(lái)提供更大的靈活性，而不會(huì)犧牲在更近的氣隙下工作的前身部件的預(yù)期性能。

圖 1：ATS19580 的功能框圖

Allegro MicroSystems 宣布推出其 ATS19580，這是業(yè)界首款完全集成和逆向集成的巨磁阻傳輸方向和速度傳感器 (GMR)。由于其高度集成，ATS19580 提供高抗振性并減小系統(tǒng)尺寸、復(fù)雜性和成本，從而節(jié)省燃料。Allegro 擁有領(lǐng)先數(shù)字處理能力的專有技術(shù)為傳輸速度傳感設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)。ATS19580 的功能簡(jiǎn)化了客戶速度傳感器的集成，使他們能夠設(shè)計(jì)安全且省油的系統(tǒng)（圖 1 和圖 2）。

“在 GMR 傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，最關(guān)鍵的部分是傳感器的工作范圍和信號(hào)精度。在較遠(yuǎn)的氣隙下運(yùn)行，但不允許我們的客戶和汽車(chē)制造商在總有效氣隙范圍內(nèi)有足夠的容差，這不會(huì)被視為解決方案，因?yàn)樗鼤?huì)增加設(shè)計(jì)如此精確的機(jī)械系統(tǒng)的成本。此外，必須不犧牲信號(hào)精度，因此需要保持動(dòng)態(tài)氣隙能力、抗振性和熱梯度補(bǔ)償。這些用于終端系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)乃惴ㄩ_(kāi)發(fā)已經(jīng)過(guò)去了二十年，”Christine 說(shuō)。

圖2：ATS19580 GMR傳感器典型應(yīng)用電路

“傳輸是 ATS19580LSN 的目標(biāo)市場(chǎng)。然而，任何根據(jù)速度、方向或脈沖計(jì)數(shù)確定的檔位當(dāng)然都可以從傳感器的功能中受益。例如休閑車(chē)（即 UTV、雪地摩托、叉車(chē)等），”克里斯汀說(shuō)。

霍爾和 GMR 技術(shù)

磁場(chǎng)檢測(cè)使用 GMR 和霍爾效應(yīng)傳感器。這兩種技術(shù)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(guò)選擇薄膜厚度和線寬進(jìn)行調(diào)節(jié)。相反，霍爾效應(yīng)有利于沒(méi)有飽和效應(yīng)的高線性測(cè)量，直至極高的場(chǎng)強(qiáng)（圖 3）。

圖 3：霍爾 (a) 和 GMR (b) 傳感器布局

霍爾效應(yīng)傳感器可以檢測(cè)垂直磁場(chǎng)，而磁阻傳感器可以檢測(cè)平行磁場(chǎng)。因此，GMR 傳感器由單極傳感組成，用于精密、非接觸式位移應(yīng)用，例如醫(yī)療分析儀和磁場(chǎng)編碼器。然而，霍爾效應(yīng)傳感器確定齒輪齒的接近度作為 CNC 機(jī)床并測(cè)量傳輸速度。

駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 在靈敏度方面需要更高的準(zhǔn)確性和可靠的系統(tǒng)。巨磁阻 (GMR) 是滿足這些高級(jí)要求的有力候選者，它取代了霍爾效應(yīng)作為傳感傳感器。原則上，GMR 和霍爾都是磁傳感器，但兩者在基本操作和能力上有所不同。

基于霍爾的磁感應(yīng)場(chǎng)的最小微分值小于 30 高斯，而 GMR 技術(shù)可低至 5 高斯。GMR 需要更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)條件，并提供定義的線性范圍，在 100 高斯范圍內(nèi)具有理想的峰峰值磁信號(hào)幅度。

一般來(lái)說(shuō)，所有設(shè)備都可以在磁性設(shè)計(jì)范圍之外運(yùn)行而不會(huì)造成永久性損壞。但是，根據(jù)信號(hào)處理算法的不同，性能可能會(huì)下降。在 GMR 傳感器中，這種退化可能會(huì)以更高的成本發(fā)生。