汽車行業(yè)繼續(xù)推動更高效的燃料消耗和減少二氧化碳排放。GMR 技術比現有的霍爾解決方案提高了性能并擴展了操作能力。GMR 傳感器（磁阻效應和磁場傳感器）的特點是它們對磁場的響應與頻率無關。因此，有可能以kHz數量級的發(fā)生率獲得良好的靈敏度和最大的輸出信號。

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。這種效應顯著改變了電阻，具體取決于相鄰鐵磁元件的磁化強度。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。在磁電阻器中，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，其中電壓在其中傳播——GMR 換能器的電阻在磁場存在時發(fā)生變化。

GMR 傳感器特別有希望開發(fā)創(chuàng)新的混合傳感器模型，以通過電磁方式檢測和表征導電多層中的地下不連續(xù)性。這些混合傳感器集成了一個傳統(tǒng)線圈，它在被檢查材料中產生交變磁場，以及一個 GMR 傳感器作為檢測元件，用于檢測由于相互作用引起的磁場干擾。與霍爾效應技術一樣，GMR 與信號調理電路是單片內聚的。輸出指示比霍爾指針大得多，具有更高的信噪比和更低的輸出波抖動。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元素。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 保護大大簡化了 GMR 傳感器的設計，”Allegro 的發(fā)言人說。第二個考慮因素是外部磁場干擾及其破壞輸出信號的能力。

“通過使用差分傳感技術消除了共模場。然而，除共模場外的雜散場會破壞磁傳感器的輸出信號，需要在設計過程中加以考慮，”Allegro Microsystems 產品線經理 Christine Graham 說。

主要的設計考慮是優(yōu)化磁路以利用 GMR 技術實現卓越的性能，因此，這是 GMR IC 供應商必須完成的原因。將 GMR IC 和磁體設計為一個系統(tǒng)最好由了解 GMR 設計的人員來完成。

變速箱設計需要更小更輕，以提高效率和燃油經濟性。這對速度傳感器周圍的安裝位置和公差產生了顯著的空間限制。解決方案是通過在更遠的氣隙上運行來提供更大的靈活性，而無需犧牲在更近的氣隙上運行的前代部件的預期性能。

Allegro Microsystems 宣布推出其 ATS19580，這是業(yè)界首款完全集成和重新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 提供了高抗振性，并減小了系統(tǒng)尺寸、復雜性和成本，從而節(jié)省了燃料。Allegro 擁有領先數字處理的專有技術為傳輸速度傳感設定了新標準。ATS19580 的功能簡化了客戶速度傳感器的集成，并允許他們設計安全且省油的系統(tǒng)（圖 1 和圖 2）。

“在 GMR 傳感器設計過程中，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，這不會被視為一種解決方案，因為它會增加設計如此精確的機械系統(tǒng)的成本。此外，必須不以犧牲信號精度為代價，因此需要保持動態(tài)氣隙能力、抗振性和熱梯度補償。這些用于終端系統(tǒng)補償的算法開發(fā)已經有 20 年了，”Christine 說。

“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。

圖 1：ATS19580 的功能框圖

圖 2：ATS19580 GMR 傳感器的典型應用電路

霍爾和 GMR 技術

磁場檢測使用 GMR 和霍爾效應傳感器。這兩種技能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(jié)。相反，霍爾效應有利于在沒有飽和效應的情況下進行高度線性測量，直至極高場強（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，而磁阻傳感器與平行草皮一起工作。因此，GMR 傳感器由單極傳感組成，以確保精度。非接觸式位移應用，例如醫(yī)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。

駕駛員輔助系統(tǒng)在靈敏度方面需要更高的準確性和可靠的系統(tǒng)。巨磁電阻 （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，但兩者的基本操作和能力不同。

基于霍爾的磁感應場的最小微分值小于 30 高斯，這與 GMR 技術不同，后者可低至 5 高斯。GMR 需要更嚴格的設計條件，并提供定義的線性范圍以及 100 高斯范圍內的理想峰峰值磁信號幅度。

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(fā)生。