磁Y传感器 从霍尔到磁阻，高精度磁传感升级进行时

从霍尔到磁阻，高精度磁传感升级进行时

磁传感是在现代工业和电子产品中应用得相当广泛的一类传感器件，通过把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起的敏感元件磁性能变化转换成电信号来检测相应物理量变化。

在磁性位置传感器这一大类别里，有基于霍尔效应的磁传感器，有基于各向异性磁阻效应的AMR传感器，有基于巨磁阻效应的GMR传感器，还有基于隧道磁阻效应的TMR传感器，这些是目前位置传感应用里的核心传感技术，后面三者也被统称为磁阻传感器。

基于霍尔效应的磁传感器从应用端的使用率上来看无疑是最多的技术路线，技术成熟、结构简单、体积小重量轻且性价比高是它的优势。在很多高端应用场景，如汽车、机器人、工业自动化中，依然有着不少霍尔效应磁传感在应用。

这类场景中，3D霍尔效应位置传感器应用得越来越多，是近年来备受关注的传感器类型。3D霍尔传感器通过在X、Y和Z轴三个方向上放置个独立的霍尔元件，可以同时测量物体在三个轴上的磁场强度，从实现对物体的三维磁场感知。

3D霍尔效应位置传感器可以提供多个磁场范围以应对不同的强磁场环境保证可靠度。用高带宽进行测量的3D霍尔也提高了传感器感测的整体速度。

目前市面上可以提供3D霍尔传感器厂家相比于传统霍尔传感厂商还比较少，传统霍尔向3D霍尔转变难度不小。国内不少厂商都已经推出了3D霍尔传感，如灿瑞、昆泰芯、霍尔微等。

根据QYResearch发布的3D霍尔传感器行业分析报告，预计2029年全球3D霍尔传感器市场规模将达到1.9亿美元，近五年年复合增长率为8.5%。汽车、工业自动化、航空航天、智能家电等需要精确测量磁场的应用对高精度传感的需求在大力推动3D霍尔的发展。

汽车市场增长带动磁阻传感普及

三类磁阻传感都基于最原始的磁阻效应，即通有电流的导体上施加磁场，导体电阻值会发生明显的变化。AMR磁阻传感应用了电子的散射各向异性，GMR磁阻传感应用了磁性材料电阻率在磁场作用时变化幅度非常大的特性，TMR磁阻传感应用了穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的特性。

AMR、GMR和TMR，三种磁阻传感技术难度递增，结构复杂度、成本和工艺难度同样如此，与之相匹配的是更高的灵敏度和更大的磁阻效应。以代表灵敏度的磁电阻比ΔR/Rmin为例，AMR在3%左右，GMR在15%左右，TMR直接提高到50%以上。

这几类传感，在汽车传感、智能电网、新能源等磁场、电流测量领域有着不可替代的重要作用，近年来随着材料、元器件、电路技术以及传感技术的发展，这些高技术门槛高成本的技术应用也开始多了起来，正逐步取代霍尔成为新一代的集成化磁场传感器技术代表。

相关传感技术赛道上的厂商也越来越多，各厂商也一直在不断增强磁阻传感技术实力，NXP获得过TMR龙头厂商Crocus的技术授权；TDK收购了霍尔传感厂商Micronas，英飞凌在不断探索融合磁阻传感xMR兼顾各磁阻传感优势；多维科技在TMR和AMR产品上不断在推陈出新；Allegro重点布局在GMR赛道，同时在探索TMR赛道。

磁阻传感开始普及和汽车市场有着莫大的关系，汽车向电动化、智能化和网联化方向发展，对磁传感的需求大增，单个汽车搭载的磁传感数量和价值不断上涨。为了匹配汽车电子系统，磁阻传感开始加速渗透。

小结

从目前行业主要磁阻传感厂商的动向来看，融合磁传感技术正在成为风向，不论是霍尔加上磁阻传感技术的融合，还是不同磁阻传感技术的融合，在单一传感器上进行多路技术集成带来了更强的竞争力。可以预见未来磁传感市场会出现越来越多的组合技术式产品，以匹配高端电子设备系统的传感需求。

什么是磁传感器？最常用的磁传感器类型及应用

01 什么是磁传感器？

磁传感器通常是指将磁场的大小和变化转换成电信号。

磁场，以地球磁场(地磁)或磁石为例的磁场是我们熟悉但不可见的现象。将不可见的磁场转化为电信号，以及转化为可见效应的磁传感器一直以来都是研究的主题。

从几十年前使用电磁感应效应的传感器，到如今涉及磁场电效应、磁阻效应、约瑟夫森效应和其他物理现象的应用。

02 典型磁传感器及其应用

现在，利用各种物理效应的传感器已经商业化。以下，我们将重点介绍最常用的磁传感器类型及其应用。

【MR 传感器元件】

MR传感器元件是利用磁阻效应(MR效应)的磁传感器元件。有许多使用不同工作原理的 MR 传感器类型。

MR效应是电阻随磁场变化而变化的现象。这种效应发生在磁性物料(例如铁、镍或钴)中。

在理解MR 效应之前需要先了解电子自旋，以及洛伦兹力如何利用电子电荷起作用。

当电子在铁磁物料(具有一定磁性的物料)中运动时，电子的自旋发生波动，(电子)在磁性物料中的散射概率就会上升或下降。这就是导致 MR 效应的原因。

电子有两个重要参数：电荷和自旋。它们具有相同的负电荷，但电子自旋有两种：向上自旋和向下自旋。1922年通过实验验证了电子自旋，并确认了电子具有电子角动量和磁矩特征。

当电子通过导电物料时，它们会发生散射(电子散射)。电子散射是物料中的静电导致电子偏离其正常轨迹的现象。

洛伦兹力是一种当导电物料中的移动带电粒子(电子)暴露于磁场时所起作用的力。它影响所有带电粒子并且不依赖于电子自旋。

【AMR 传感器元件】

1856年，William Thomson通过观察放置于外部磁场中的铁磁物料，发现了各向异性磁阻效应(AMR效应)。

当铁磁物料中的磁化方向与电流平行时，电子轨道就会垂直于电流，从而产生最大电阻。这增加了依赖于自旋的散射，导致电阻上升。

当磁化方向垂直于电流时，电子轨道就会与电流平行，减少了依赖于自旋的散射，并产生最小电阻。

由磁场状态引起的电阻变化率称为磁阻比率(MR比率)。AMR 传感器元件的 MR 比率约为 5%。AMR传感器元件由于结构简单，常用于磁性开关和旋转传感器。

【TMR 传感器元件】

常温下的隧道磁阻效应(TMR 效应)是日本东北大学Terunobu Miyazaki教授于 1995 年发现的。TMR 传感器元件是利用 TMR 效应的磁传感器元件，是由极薄的纳米级非磁性绝缘层夹在两个铁磁层中间构成。电子隧道通过绝缘层从一个铁磁层穿到另一个铁磁层。这是一种量子力学现象。

当两种铁磁物料的磁化方向平行时电阻减小，不平行时电阻增大。

TMR 交界处的 MR 比率(电阻随磁场状态的变化率)在生产中可达到 100% 以上。在实验室条件下，已达到 1,000% 以上的水平。

由于具有高灵敏度，TMR 传感器元件非常适合用于硬盘磁头或高灵敏度旋转角度传感器。

【霍尔元件】

霍尔元件是霍尔效应的一种应用。Edwin H. Hall于1879年发现的霍尔效应证明了洛伦兹力会产生与电流和磁场方向成直角的电压。该电压称为霍尔电压，根据Fleming左手法则，电压的方向随磁通量的方向而变化。电压的大小和方向(正、负)使得检测磁场(N极、S极)的大小和方向成为可能。

霍尔元件的磁灵敏度不如磁阻传感器元件。但作为不依赖于磁性物料的磁传感器，可以在铁磁场或恶劣环境下使用，因此可用作电流传感器或各种磁性开关。

03 ABLIC的磁传感器

ABLIC 现在提供由硅霍尔元件和信号处理电路构成的霍尔效应传感器和 TMR 传感器IC，同样地融合了信号处理电路。

我们能提供适合您的应用和环境需求的理想产品。

ABLIC致力于打造一个安全宜居的社会，通过我们的技术，利用我们的传感器元件的优势，提出并提供磁传感器解决方案。

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