【導讀】在 IoT 市場
、工業設備以及消費類方麵的應用中，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。

磁阻效應可應用於存儲與傳感領域

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
，也被應用於傳感領域。

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(te)性(xing)的(de)線(xian)性(xing)範(fan)圍(wei)內(nei)，而(er)角(jiao)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)則(ze)處(chu)於(yu)飽(bao)和(he)區(qu)。換(huan)言(yan)之(zhi)，傳(chuan)感(gan)層(ceng)的(de)磁(ci)化(hua)強(qiang)度(du)始(shi)終(zhong)處(chu)於(yu)最(zui)大(da)可(ke)能(neng)的(de)幅(fu)度(du)，並(bing)隨(sui)著(zhe)外(wai)部(bu)磁(ci)場(chang)角(jiao)的(de)變(bian)化(hua)而(er)改(gai)變(bian)其(qi)方(fang)向(xiang)矢(shi)量(liang)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)明(ming)顯(xian)限(xian)製(zhi)是(shi)角(jiao)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)能(neng)在(zai)低(di)磁(ci)場(chang)下(xia)工(gong)作(zuo)，典(dian)型(xing)角(jiao)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)磁(ci)場(chang)範(fan)圍(wei)在(zai)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技術相較於其他技術具有許多優勢，像是可進行全360°xuanzhuanbianbie，qiezhiduijiaodumingan，duiwaichangqiangdubumingan
，qieyinweicaiyonglefeijiechushixitong
，yincibuhuichanshengjixiemosun
，keyiyuanlihuichenhewuran
，yebushoudaojixiezhendongdeyingxiang。

雖然基於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。由於磁性測量原理
、高靈敏度和低噪聲，TMR磁傳感器非常適合應用於轉向角測量、無刷直流（BLDC）電機中電機通信的轉子位置測量，以及用於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。

適用於低功耗、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於其創新的XtremeSense® TMR技術
，通過其特有CMOS平版印刷技術完整集成單片工藝，可在較寬的溫度範圍內實現高靈敏度

、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(gou)成(cheng)
，可(ke)實(shi)現(xian)均(jun)勻(yun)磁(ci)場(chang)角(jiao)度(du)的(de)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)。它(ta)優(you)異(yi)的(de)功(gong)能(neng)特(te)性(xing)使(shi)其(qi)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)操(cao)作(zuo)環(huan)境(jing)，以(yi)及(ji)對(dui)準(zhun)確(que)性(xing)和(he)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)，例(li)如(ru)旋(xuan)鈕(niu)、編碼器、電機／運動控製和許多其他應用。

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範圍為25 mT至90 mT，可進行0°至360°的非接觸式角度測量，在全工作溫度範圍內的補償後角度誤差不高於0.30°。同時，它還可以在1.0 V到5.5 V的工作電壓範圍內運作，並為正弦（SIN）和餘弦（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，有助於它在整個溫度範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℃，可廣泛應用於角度測量
、旋轉角度傳感器與無刷直流電機。

結語

Crocus Technology基於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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