汽車行業繼續推動更高效的燃料消耗和減少二氧化碳排放。GMR（巨磁阻）技術提高了性能并擴展了現有霍爾解決方案的運行能力。

GMR 傳感器（磁阻效應磁場傳感器）的特點是對磁場的響應與頻率無關。因此，有可能以 kHz 數量級的發生率獲得良好的靈敏度和最大輸出信號。

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力學。由于 Albert Fert 和 Peter Grunderb 的研究，這項研究獲得了諾貝爾獎。

該效應顯著改變了電阻，具體取決于相鄰鐵磁元件的磁化。通過施加外部磁場來組織磁化方向。結果是電子對旋轉方向的散射依賴性。

以下公式描述了磁阻：??

其中 R (H) 是樣品在磁場 H 中的電阻，R (0) 對應于 H = 0。該表達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。在磁阻器中，電子散射速度隨著電子自旋和介質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存在時發生變化。

GMR 傳感器特別有希望開發創新的混合傳感器模型，以通過電磁手段檢測和表征導電多層膜中的地下不連續性。這些混合傳感器集成了一個傳統線圈，它在被測材料中產生交變磁場，以及一個 GMR 傳感器作為檢測元件，檢測由于相互作用而產生的磁場干擾。

與霍爾效應技術一樣，GMR 與信號調節電路整體結合。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。這些特性使 GMR 傳感器能夠檢測更遠距離的物體。

評估 GMR 傳感器選擇的主要特征包括幾個重要因素。首先，最重要的考慮是易于設計，“解決方案必須是一個完全集成的模塊，包括磁鐵和保護組件，以在用戶完成的傳感器設計中實現最佳性能。包含磁鐵和 EMC 保護顯著簡化了 GMR 傳感器的設計，”Allegro 的發言人說。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消除了共模場。但是，共模場以外的雜散場會干擾磁傳感器的輸出信號，需要在設計過程中加以考慮，”產品線經理 Christine Graham 說，

主要的設計考慮是優化磁路以通過 GMR 技術實現卓越的性能，因此，這就是原因。這是必須的，由 GMR IC 供應商完成。將 GMR IC 和磁鐵設計為一個系統，最好由了解 GMR 設計的人員來完成。

變速器設計需要更小、更輕，以提高效率和燃油經濟性。這對圍繞速度傳感器的安裝位置和容差產生了顯著的空間限制。解決方案是通過在更遠的氣隙下運行來提供更大的靈活性，而不會犧牲在更近的氣隙下工作的前身部件的預期性能。

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尺寸、復雜性和成本，從而節省燃料。Allegro 擁有領先數字處理能力的專有技術為傳輸速度傳感設立了新標準。ATS19580 的功能簡化了客戶速度傳感器的集成，使他們能夠設計安全且省油的系統（圖 1 和圖 2）。

“在 GMR 傳感器的設計過程中，最關鍵的部分是傳感器的工作范圍和信號精度。在較遠的氣隙下運行，但不允許我們的客戶和汽車制造商在總有效氣隙范圍內有足夠的容差，這不會被視為解決方案，因為它會增加設計如此精確的機械系統的成本。此外，必須不犧牲信號精度，因此需要保持動態氣隙能力、抗振性和熱梯度補償。這些用于終端系統補償的算法開發已經過去了二十年，”Christine 說。

圖2：ATS19580 GMR傳感器典型應用電路

“傳輸是 ATS19580LSN 的目標市場。然而，任何根據速度、方向或脈沖計數確定的檔位當然都可以從傳感器的功能中受益。例如休閑車（即 UTV、雪地摩托、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。這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薄膜厚度和線寬進行調節。相反，霍爾效應有利于沒有飽和效應的高線性測量，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，而磁阻傳感器可以檢測平行磁場。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，例如醫療分析儀和磁場編碼器。然而，霍爾效應傳感器確定齒輪齒的接近度作為 CNC 機床并測量傳輸速度。

駕駛輔助系統 (ADAS) 在靈敏度方面需要更高的準確性和可靠的系統。巨磁阻 (GMR) 是滿足這些高級要求的有力候選者，它取代了霍爾效應作為傳感傳感器。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。

基于霍爾的磁感應場的最小微分值小于 30 高斯，而 GMR 技術可低至 5 高斯。GMR 需要更嚴格的設計條件，并提供定義的線性范圍，在 100 高斯范圍內具有理想的峰峰值磁信號幅度。

一般來說，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，根據信號處理算法的不同，性能可能會下降。在 GMR 傳感器中，這種退化可能會以更高的成本發生。???

審核編輯 黃昊宇