【導讀】磁傳感器是一種把外界磁場引起的敏感元件磁性能的變化轉(zhuǎn)換成電信號，來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、汽車和工業(yè)領域。
傳統(tǒng)的磁傳感器利用霍爾效應來感測磁場的強度和方向。近年來，隨著磁阻（Magnetic Resistance）技術的逐步發(fā)展和成熟，無論在消費類還是在汽車和工業(yè)類市場上，越來越多的產(chǎn)品開始使用基于磁阻技術的磁傳感器。
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時，其電阻值會隨著外加磁場的大小發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做磁阻效應。磁阻技術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與磁體內(nèi)建磁場方向成零度角時, 電阻不隨外加磁場變化而發(fā)生改變；但當外部磁場與磁體的內(nèi)建磁場有一定角度的時候, 磁體內(nèi)部磁化矢量會偏移，電阻降低。各向異性磁阻的磁場作用效果如下圖：
AMR磁傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由四個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。當施加一個偏置磁場H在電橋上時，兩個相對放置的電阻的磁化方向就會朝著電流方向轉(zhuǎn)動，這兩個電阻的阻值會增加；
而另外兩個相對放置的電阻的磁化方向會朝與電流相反的方向轉(zhuǎn)動，該兩個電阻的阻值則減少。通過測試電橋的兩輸出端輸出電壓差信號，可以得到外界磁場值。
基于各向異性磁阻（AMR）技術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(tǒng)的霍爾傳感器；
● AMR磁傳感器在地球磁場范圍內(nèi)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技術只需一層磁性薄膜，工藝簡單，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是基于先進的AMR技術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MEMS的Die(一個感測X/Y軸的磁場，另一個感測Z軸磁場)和一個用來處理信號的ASIC的Die。這樣的設計結(jié)構(gòu)復雜、體積大、且成本高。隨著設計和制造工藝技術的進步，Die體積越來越小，但一般還是需要一個MEMS的Die和一個ASIC的Die。
美新采用專有的技術，將MEMS技術和標準的CMOS工藝完美結(jié)合，直接在ASIC材料表面集成了AMR磁阻材料，并采用獨創(chuàng)的斜坡結(jié)構(gòu)來感測Z軸方向的磁場信號。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(shù)倍或數(shù)十倍領先于同級別產(chǎn)品
磁傳感器在電子設備中最常見的應用是感測地球磁場的方向，我們將此應用稱為電子羅盤（eCompass）。電子羅盤容易受到周圍環(huán)境中各類的軟磁和（或）硬磁的磁場干擾而造成方向失準。
對此，美新在軟件方面提供了成熟的、可定制的算法來校準方向。然而，當干擾磁場非常大的時候，磁感應元件內(nèi)部會殘留明顯的剩磁，軟件校準算法對此無能為力；
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行正反兩個方向上的成對操作，可以消除磁傳感器內(nèi)部固有的offset，并且抵消時間、溫度等變化等因素帶來的漂移。
MMC5603NJ的溫漂只有±0.01μT/℃，遠低于同類產(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(wěn)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(shù)據(jù)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(shù)，與市場上同級別產(chǎn)品相比較，MMC5603NJ保持數(shù)倍或數(shù)十倍的領先。
3 小結(jié)
美新深耕磁傳感技術多年，在基于AMR技術的磁傳感器的設計、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。
作為全新一代基于AMR技術的三軸磁傳感器，美新的MMC5603NJ已廣泛應用于智能手機、平板電腦等眾多消費類電子產(chǎn)品中，也是目前全球出貨量最大的基于AMR技術的磁傳感器之一。
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