【導讀】磁傳感器是一種把外界磁場(chǎng)引起的敏感元件磁性能的變化轉換成電信號，來(lái)檢測相應物理量的器件。磁傳感器主要用于感測方向、角度、位置和速度等，廣泛應用于消費電子、汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域。
傳統的磁傳感器利用霍爾效應來(lái)感測磁場(chǎng)的強度和方向。近年來(lái)，隨著(zhù)磁阻（Magnetic Resistance）技術(shù)的逐步發(fā)展和成熟，無(wú)論在消費類(lèi)還是在汽車(chē)和工業(yè)類(lèi)市場(chǎng)上，越來(lái)越多的產(chǎn)品開(kāi)始使用基于磁阻技術(shù)的磁傳感器。
1 AMR磁傳感器的原理和優(yōu)勢
某些金屬或半導體在遇到外加磁場(chǎng)時(shí)，其電阻值會(huì )隨著(zhù)外加磁場(chǎng)的大小發(fā)生變化，這種現象叫做磁阻效應。磁阻技術(shù)主要包括各向異性磁阻（AMR）、巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）。
各向異性磁電阻（AMR）效應是指當外部磁場(chǎng)與磁體內建磁場(chǎng)方向成零度角時(shí), 電阻不隨外加磁場(chǎng)變化而發(fā)生改變；但當外部磁場(chǎng)與磁體的內建磁場(chǎng)有一定角度的時(shí)候, 磁體內部磁化矢量會(huì )偏移，電阻降低。各向異性磁阻的磁場(chǎng)作用效果如下圖：
AMR磁傳感器的基本結構是由四個(gè)磁阻組成了惠斯通電橋，其中供電電源為Vb，電流流經(jīng)電阻。當施加一個(gè)偏置磁場(chǎng)H在電橋上時(shí)，兩個(gè)相對放置的電阻的磁化方向就會(huì )朝著(zhù)電流方向轉動(dòng)，這兩個(gè)電阻的阻值會(huì )增加；
而另外兩個(gè)相對放置的電阻的磁化方向會(huì )朝與電流相反的方向轉動(dòng)，該兩個(gè)電阻的阻值則減少。通過(guò)測試電橋的兩輸出端輸出電壓差信號，可以得到外界磁場(chǎng)值。
基于各向異性磁阻（AMR）技術(shù)的磁傳感器具有以下優(yōu)勢：
● AMR磁傳感器具有高頻、低噪和高信噪比特性，性能遠高于傳統的霍爾傳感器；
● AMR磁傳感器在地球磁場(chǎng)范圍內性能優(yōu)良，且不隨溫度變化，指南針應用，測量精確度可達1度；
● AMR可與CMOS或MEMS集成在同一硅片上；
● AMR技術(shù)只需一層磁性薄膜，工藝簡(jiǎn)單，成本低。
2 世界已知最小尺寸AMR磁傳感器
美新半導體（MEMSIC）最新一代的磁傳感器MMC5603NJ是基于先進(jìn)的AMR技術(shù)的單芯片集成的三軸磁傳感器，晶圓級封裝, 是世界上迄今已知最小尺寸（0.8x0.8x0.4mm）的磁傳感器。多項美新所獨有的新技術(shù)和新工藝被應用在MMC5603NJ這顆磁傳感器上。
1、高度集成的單芯片設計
早期的MEMS磁傳感器需要兩個(gè)MEMS的Die(一個(gè)感測X/Y軸的磁場(chǎng)，另一個(gè)感測Z軸磁場(chǎng))和一個(gè)用來(lái)處理信號的ASIC的Die。這樣的設計結構復雜、體積大、且成本高。隨著(zhù)設計和制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，Die體積越來(lái)越小，但一般還是需要一個(gè)MEMS的Die和一個(gè)ASIC的Die。
美新采用專(zhuān)有的技術(shù)，將MEMS技術(shù)和標準的CMOS工藝完美結合，直接在A(yíng)SIC材料表面集成了AMR磁阻材料，并采用獨創(chuàng )的斜坡結構來(lái)感測Z軸方向的磁場(chǎng)信號。這樣高度集成的單芯片設計，并采用了晶圓級的封裝，鑄成了業(yè)界最小尺寸的三軸磁傳感器。
2、數倍或數十倍領(lǐng)先于同級別產(chǎn)品
磁傳感器在電子設備中最常見(jiàn)的應用是感測地球磁場(chǎng)的方向，我們將此應用稱(chēng)為電子羅盤(pán)（eCompass）。電子羅盤(pán)容易受到周?chē)h(huán)境中各類(lèi)的軟磁和（或）硬磁的磁場(chǎng)干擾而造成方向失準。
對此，美新在軟件方面提供了成熟的、可定制的算法來(lái)校準方向。然而，當干擾磁場(chǎng)非常大的時(shí)候，磁感應元件內部會(huì )殘留明顯的剩磁，軟件校準算法對此無(wú)能為力；
MMC5603NJ在芯片設計上使用了Auto Set/Reset的機制。此機制是在磁感應元件的敏感極上進(jìn)行正反兩個(gè)方向上的成對操作，可以消除磁傳感器內部固有的offset，并且抵消時(shí)間、溫度等變化等因素帶來(lái)的漂移。
MMC5603NJ的溫漂只有±0.01μT/℃，遠低于同類(lèi)產(chǎn)品。因此，MMC5603NJ能在各種苛刻的使用環(huán)境下保持始終如一的測量精度和穩定可靠的性能。
此外，MMC5603NJ還提供了20/18/16位的可選擇的靈敏度，最高可達1000Hz的數據輸出速率，RMS噪聲水平最低為0.15μT，磁滯僅為0.02%，使得快速校準甚至免校準的電子指南針成為可能...
以上主要性能參數，與市場(chǎng)上同級別產(chǎn)品相比較，MMC5603NJ保持數倍或數十倍的領(lǐng)先。
3 小結
美新深耕磁傳感技術(shù)多年，在基于A(yíng)MR技術(shù)的磁傳感器的設計、制造和應用等方面積累深厚,并且還首創(chuàng )將高性能的AMR磁傳感器引入智能手機市場(chǎng)。
作為全新一代基于A(yíng)MR技術(shù)的三軸磁傳感器，美新的MMC5603NJ已廣泛應用于智能手機、平板電腦等眾多消費類(lèi)電子產(chǎn)品中，也是目前全球出貨量最大的基于A(yíng)MR技術(shù)的磁傳感器之一。
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