特色各異的磁阻效應傳感革新磁傳感應用

電子發燒友網報道（文/李寧遠）磁阻傳感器在很多領域都有著重要作用，作為一類大家熟知的傳感器類型它已經在日常生活、工業制造、汽車電子和航空航天等各個領域扮演了重要的角色。

利用磁阻效應實現傳感

磁阻傳感最基本的原理都基于最原始的磁阻效應，即在通有電流的導體上施加磁場，導體電阻值會發生明顯的變化。雖然利用這一點的難度更大，但磁阻傳感能提供精確、可靠的數據，而且無需與被測設備進行接觸。

磁阻效應，最早發現于1857年，但磁阻傳感的概念一直到1971年才開始被正式提出。相當長一段時間里，磁阻傳感通常只用于要求不高的價格標簽和標記閱讀器及磁帶應用中。上世紀90年代，IBM將磁阻效應應用在硬盤上。隨著技術的不斷發展與探索，現在的磁阻傳感已經成為高精度高可靠性的傳感品類。

目前，磁阻傳感分為各向異性磁阻傳感AMR、巨磁阻傳感GMR以及隧道磁阻傳感TMR，三者使用的磁性材料的微觀機制不同，被施加磁場時會展現出不同的磁阻效應。

特色各異的磁阻效應

各向異性磁阻效應材料的磁阻變化與磁場和電流間夾角有關，該效應中電阻與磁場的變化是非線性的，而且每一個電阻與唯一的外加磁場值并不成唯一的對應關系。在角度合適的時候，各向異性磁阻傳感AMR能夠非常敏感，并且特性曲線逼近線性，這樣的時候它能夠實現輸出的線性特征。

各向異性磁阻傳感一般都采用橋式構造，磁電阻比（ΔR/Rmin）和靈敏度雖然不高（磁電阻比3%，靈敏度0.05），但它是一項性價比非常高的傳感。該技術只需一層磁性薄膜，工藝簡單，成本低，在價格上相比其他兩項技術有很明顯的優勢。同時在低成本下，各向異性磁阻傳感具有高頻、低噪和高信噪比特性，在目前各種場景的應用中都能很好地適配，不存在什么局限性。

巨磁阻效應的發現比各向異性磁阻效應晚了很多，指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現象，即物質在磁場中電阻率變化的幅度非常大。這是一種量子力學效應，其磁阻各向同性，產生于層狀的磁性薄膜結構中。

巨磁阻效應傳感一般也采用橋式構造，功耗、響應時間、溫漂等傳感指標和各向異性磁阻傳感沒有太大差別，但是，它的磁電阻比大了很多，起碼是各向異性磁阻傳感的五倍甚至以上。所以盡管制造工藝相比各向異性磁阻傳感復雜不少，成本也高不少，憑借高靈敏度、弱磁探測性好，市場規模也一直處于穩步提升中。

巨磁阻效應的發展，為隧道磁阻效應奠定了基礎。隧道磁阻效應是指在鐵磁—絕緣體薄膜—鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應。這是難度極高的傳感器技術，不論是其結構復雜度、成本還是工藝難度，都非常高。

與高技術門檻相匹配的是，該效應的傳感器有著絕對碾壓其他效應傳感器的靈敏度和更明顯的磁阻效應，隧道磁阻效應傳感在靈敏度上的領先是數量級的，磁電阻比也在50%以上，甚至可以達到100%。在響應時間上，前兩類傳感器都在10ns標準上，而TMR的響應時間僅為0.1ns。

近年來隨著材料、元器件以及電路技術的發展，這種高技術門檻高成本的技術應用也開始多了起來。

小結

作為下一代磁傳感器技術，磁阻傳感憑借性能優勢，滲透率正日益提升。尤其是在目前幾個火熱的應用里，應用場景功能復雜度的提升和安全要求的提升，磁阻傳感開始在高要求應用場景替代霍爾傳感。