多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器以低功耗 (1~2μA)、高頻響應(yīng) (> 5000Hz),、可編程開關(guān)點和優(yōu)異的溫度特性,受到多家頭部廠商青睞,。作為工業(yè)自動化,、消費電子,、智能表計等領(lǐng)域的核心元件之一,其選型直接影響系統(tǒng)性能與可靠性,。因此,,TMR 磁開關(guān)傳感器在選型的過程中需要綜合考慮磁路設(shè)計、敏感方向,、芯片特性,、環(huán)境適應(yīng)性以及磁體等多方面因素。本文首先破除工程師的兩大認知誤區(qū),,再從 TMR 磁開關(guān)傳感器的基礎(chǔ)特性入手,,逐一講述,為工程師提供詳細的選型攻略,。 |
認知誤區(qū)一:霍爾傳感器 = 磁傳感器 |
在進行磁傳感器選型溝通的過程中,,發(fā)現(xiàn)會有將霍爾傳感器和磁傳感器混為一談的情況。 磁傳感器是一種能夠檢測磁場 (包括其強度,、方向和變化) 并將其轉(zhuǎn)換為可用電信號 (通常是電壓,、電流或數(shù)字信號) 的電子器件,主要包括傳統(tǒng)的霍爾傳感器和高性能隧道磁電阻傳感器兩大類,?;魻杺鞲衅魇堑谝淮艂鞲衅鳎诓粩喟l(fā)展的磁傳感器技術(shù)進程中,,磁阻型傳感器已從第二代 AMR (各向異性磁阻) 傳感器,,發(fā)展到第三代 GMR (巨磁電阻) 傳感器和第四代 TMR (隧道磁電阻) 傳感器?;魻杺鞲衅骱痛烹娮鑲鞲衅髟谖锢硇?yīng),、材料結(jié)構(gòu)、性能特性和應(yīng)用場景上都有著較大的差異,。 |
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認知誤區(qū)二:磁感應(yīng)方向 = Z 軸敏感 |
在 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片的應(yīng)用中,,有反饋在使用后出現(xiàn)“信號無感應(yīng)”的情況,經(jīng)多維科技現(xiàn)場應(yīng)用工程師排查發(fā)現(xiàn),,項目上磁鐵和磁傳感器的位置擺放,,是按傳統(tǒng)霍爾開關(guān)傳感器的應(yīng)用方案設(shè)計的,。 通常情況下,,霍爾效應(yīng)是利用在電流平面施加垂直磁場,從而感應(yīng)出電動勢,。所以霍爾傳感器在應(yīng)用時,,磁場的敏感方向要垂直于器件封裝表面 (Z 軸感應(yīng)),。磁阻傳感器的原理特性是只能感應(yīng)在自由層平面內(nèi)方向磁場變化。所以 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片在應(yīng)用時,,磁場的敏感方向要平行于器件封裝表面,。 |
霍爾開關(guān) (左) & TMR 磁開關(guān)傳感器 (右) 敏感方向示意圖 |
隨著技術(shù)工藝的不斷發(fā)展,霍爾傳感器也有實現(xiàn)水平感應(yīng)的,。同時,,多維科技也有實現(xiàn)Z軸感應(yīng)的 TMR 磁開關(guān)傳感器。因此,,在做應(yīng)用方案設(shè)計時需清楚了解磁傳感器的感應(yīng)方向,。 |
TMR 磁開關(guān)傳感器選型 |
1、單極型 |
多維科技 TMR11xx 系列產(chǎn)品 單極型 TMR 磁開關(guān)傳感器是只對 N 極或 S 極其中的一個極性的磁場信號敏感,,開關(guān)狀態(tài)隨著磁場的強弱的變化而變化,。 觸發(fā)條件:磁場強度 ≥ 觸發(fā)閾值 (如 +30Gs),且僅對設(shè)定極性敏感 輸出特性:磁場存在時輸出高/低電平,,磁場消失后恢復(fù)初始狀態(tài) 典型應(yīng)用:用于計數(shù)檢測,、液位檢測、喚醒檢測,、到位檢測,、感應(yīng)檢測等 設(shè)計建議:針對磁場環(huán)境復(fù)雜,對信號質(zhì)量要求高,、通常作為另一個磁場磁極的屏蔽設(shè)計,,在磁鐵裝配過程中需要對磁鐵磁極方向有管控 |
單極型 TMR 磁開關(guān)傳感器磁場響應(yīng) |
2、雙極鎖存型 |
多維科技 TMR12xx 系列產(chǎn)品 雙極鎖存型 TMR 磁開關(guān)傳感器是需磁場極性反轉(zhuǎn)觸發(fā)狀態(tài)切換,,輸出信號在磁場移除后仍保持鎖定,。 觸發(fā)條件:磁場極性方向發(fā)生反轉(zhuǎn)并且磁場達到觸發(fā)閾值 輸出特性:輸出狀態(tài)在磁場極性反轉(zhuǎn)時切換,零磁場時維持上一時刻狀態(tài) 抗干擾優(yōu)勢:因需極性反轉(zhuǎn),,可有效抑制外部恒定磁場干擾 典型應(yīng)用:流量檢測,、轉(zhuǎn)速檢測、計量檢測 設(shè)計建議:通常應(yīng)用在磁鐵周期型旋轉(zhuǎn)或者往復(fù)運動的場景 |
雙極鎖存型 TMR 磁開關(guān)傳感器磁場響應(yīng) |
3,、全極型 |
多維科技 TMR13xx 系列產(chǎn)品 全極型 TMR 磁開關(guān)傳感器是對 N 和 S 極方向的磁場都敏感,,輸出信號隨著磁場的強弱的變化而變化。 觸發(fā)條件:磁場強度絕對值 ≥ 閾值 (如 ±25Gs),,極性不敏感 輸出特性:磁場存在即觸發(fā),,消失后復(fù)位,適用于簡單存在檢測 設(shè)計優(yōu)勢:無需區(qū)分磁極方向,,簡化安裝校準(zhǔn)流程 典型應(yīng)用:到位檢測,、液位檢測、計數(shù)檢測,、接近檢測等 設(shè)計建議:磁場環(huán)境較為良好,,周邊無剩磁,,對感應(yīng)磁鐵的安裝方向一般不做區(qū)分 |
全級型 TMR 磁開關(guān)傳感器磁場響應(yīng) |
4、磁場感應(yīng)方向 |
磁傳感器本身具有磁場敏感方向,,理想狀態(tài)下 TMR 磁開關(guān)傳感器的敏感方向和被檢測磁場的方向是一個平行關(guān)系,,在實際應(yīng)用中由于磁場一個閉環(huán)路徑傳播的特點,磁場在每個位置的方向的偏角都不一樣,,磁傳感器感應(yīng)到的有效磁場信號等于 B×cosθ (B 為傳感器位置點的實際磁場大小,,θ 為傳感器感應(yīng)點實際磁場方向和傳感器的敏感方向的夾角),為了實現(xiàn)有效磁場的最大化,,需要將 θ 設(shè)計的盡量小,。 |
磁傳感器有效感應(yīng)方向 θ 角示意圖 |
多維科技典型的單軸和雙軸 TMR 磁開關(guān)傳感器敏感方向,如圖所示: |
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典型的 TMR 磁開關(guān)傳感器應(yīng)用檢測方向原理,,如圖所示: |
液位檢測應(yīng)用磁路示意圖 |
門磁開關(guān)應(yīng)用磁路示意圖 |
5,、磁特性 |
工作點 BOP:在磁開關(guān)信號處于磁場待響應(yīng)狀態(tài)下:隨著磁場增大,存在一個磁場閾值點使得磁開關(guān)觸發(fā)動作響應(yīng)信號,,此時的這個磁場閾值點稱為 BOP,。 釋放點 BRP:在磁開關(guān)信號處于磁場響應(yīng)狀態(tài)下:隨著磁場的變小,存在一個磁場閾值點使得磁開關(guān)信號得以釋放,,此時的這個磁場閾值點稱為 BRP,。 回差 BH:BOP 和 BRP 在磁場數(shù)值上不是一個重合的關(guān)系,BOP 和 BRP 之間的磁場差值為 BH,。 |
磁特性曲線 |
6,、功耗 |
低功耗是多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片的優(yōu)異特性之一,在全時供電的情況下可以保持在 2 微安以下的電流消耗,,在某些對功耗要求更嚴苛的應(yīng)用場景中,,可以通過分時供電使得 TMR 磁開關(guān)傳感器的平均功耗保持在 200 納安以下。 |
7,、響應(yīng)頻率 |
響應(yīng)頻率是傳感器可檢測的磁場變化頻率,,反映其對動態(tài)磁場的實時響應(yīng)能力。多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片有提供 >1kHz 的典型響應(yīng)頻率,,同時也有支持高頻 >5kHz 響應(yīng)頻率的芯片,。 多維科技常規(guī)產(chǎn)品型號說明: |
8、封裝 |
多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片為了滿足不同市場應(yīng)用需求的特點,,推出了多款封裝類型,,如:SOT23-3、TO92S,、LGA3L,、DFN4L 等,工程師在進行產(chǎn)品選型時可以通過多維科技官網(wǎng) (guoyukuan.com) 發(fā)布的產(chǎn)品規(guī)格書中了解到每款產(chǎn)品封裝的引腳定義,以及在封裝圖中查看 TMR 傳感區(qū)域在封裝體中的位置,。 |
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9,、輸出方式 |
多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片提供兩種輸出方式,,一種是 CMOS (推挽輸出),另一種是 Open Drain (開漏輸出),。CMOS 主要應(yīng)用在對單個傳感器信號采集,,Open Drain 主要應(yīng)用在多個傳感器信號的串并聯(lián)上。 |
10,、工作溫度 |
多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片典型支持溫度為 -40°-125°,,也有可支持高溫 -40°-150°的 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片。 |
11,、常見磁體牌號及參數(shù) |
多維科技 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片在實際應(yīng)用場景下常用的磁體主要有四大類:包括釹鐵硼 (NdFeB),、鐵氧體 (Ferrite)、鋁鎳鈷 (AlNiCo) 和釤鈷 (SmCo) ,。 |
11.1. 釹鐵硼 (NdFeB) |
特點:高磁能積,、高矯頑力,但耐溫性和耐腐蝕性較差 (通常需鍍層保護) 釹鐵硼 (NdFeB) 特性參數(shù): |
11.2. 鐵氧體 (Ferrite) |
特點:價格低,、耐腐蝕,、耐高溫,但磁能積和剩磁較低 鐵氧體 (Ferrite) 特性參數(shù): |
11.3. 釤鈷 (SmCo) |
特點:高耐溫性,、耐腐蝕,,成本高 釤鈷 (SmCo) 特性參數(shù): |
11.4. 鋁鎳鈷 (AlNiCo) |
特點:低矯頑力、高剩磁,,耐高溫但易退磁 鋁鎳鈷 (AlNiCo) 特性參數(shù): |
11.5. 磁體關(guān)鍵參數(shù)說明 |
剩磁 (Br):磁鐵充磁后在外磁場為零時的磁感應(yīng)強度 矯頑力 (HcB):抵抗退磁的能力,,值越高越不易退磁 內(nèi)稟矯頑力 (HcJ):衡量磁鐵抗高溫退磁的能力 (尤其對釹鐵硼重要) 最大磁能積 (BHmax):磁體存儲磁能的能力,值越高磁性能越強 |
11.6. 磁體選型建議 |
高性價比:鐵氧體 (Y30/Y35) 最強磁性:釹鐵硼 (N52/N42EH) 高溫環(huán)境:釤鈷 (Sm2Co17) 或釹鐵硼高溫系列 (UH/EH) 防腐蝕:釤鈷或鍍層釹鐵硼 (如鍍鎳,、環(huán)氧樹脂) |
12,、磁路仿真:磁場分布的可視化驗證 |
磁路仿真是現(xiàn)代磁傳感器應(yīng)用設(shè)計的核心技術(shù),通過數(shù)值模擬精準(zhǔn)預(yù)測磁場分布,、優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)并驗證抗干擾能力,,大幅縮短研發(fā)周期并降低試錯成本。 多維科技可根據(jù)客戶需求,,提供定制化的磁場仿真支持,,進行磁場模型設(shè)計,磁場仿真輸出,,磁鐵參數(shù)輸出,,協(xié)助客戶確定磁鐵尺寸、磁鐵牌號以及充磁方向,優(yōu)化磁鐵體積,,推薦應(yīng)用方案,,進一步提升降本空間,縮短客戶項目開發(fā)周期,。 |
典型磁路仿真圖 |
TMR 磁開關(guān)傳感器芯片選型并非孤立環(huán)節(jié),,而是貫穿從需求分析到量產(chǎn)落地的系統(tǒng)工程。工程師需通過在定義應(yīng)用場景與性能指標(biāo) (功耗,、開關(guān)點,、響應(yīng)頻率等) 后,進行磁傳感器與磁體材料篩選,,再通過仿真驗證磁路設(shè)計,,優(yōu)化布局與屏蔽方案。隨著多維科技 TMR 芯片技術(shù)和晶圓量產(chǎn)工藝的成熟,,工程師可更靈活平衡性能與成本,,結(jié)合設(shè)計需求選擇合適的 TMR 磁開關(guān)傳感器芯片。 |
江蘇多維科技傾力打造的磁傳感器晶圓 IDM 模式制造平臺,,經(jīng)過十多年不斷地累積,,高度整合了供應(yīng)鏈資源,在滿足客戶的批量采購需求的同時,,最大程度地保障供應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量一致性及穩(wěn)定性,。多維科技為滿足客戶多元化的定制需要,將努力提供更多,、更好的優(yōu)質(zhì)磁傳感器芯片產(chǎn)品,。 |
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