TMR技术壁垒难破 传感器高端性能仍有差距

电子发烧友网报道（文/李宁远）传感器在我们的日常生活中扮演着重要角色，在许多我们看不到的地方支撑着我们智能化的生活。传感器一般由敏感元件、转换元件与测量电路组成，再加上相应的放大电路等等就构成了整个测量系统。这种系统的组成部分越多，那么对每个组成部分的灵敏度及误差要求就越高。

随着需求的不断发展，传感器的标准也越来越高，总的看来，宽频率响应，大动态范围，高灵敏度，高精度，高稳定性和重复性是发展趋势。开环的传感器系统越来越难满足这样的需求。因此结合了反馈技术的闭环传感成了满足这些要求的更完整的传感器系统。

这种模式中又以TMR技术最为先进。TMR是指在铁磁—绝缘体薄膜—铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。TMR效应具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势。这种结构复杂，工艺要求和成本都很高的传感器随着材料与元器件以及电路技术的发展，现在其应用愈发广泛。

TDK TMR

TDK的闭环传感器CUR 423x就是基于TMR技术，在大电流的无聚磁芯应用上颇为广泛。

CUR 423x是为了汽车和工业应用中的电流测量而开发的，已经在汽车产品中通过了验证，采用的是高精度，线性闭环TMR技术。CUR 423x是该系列中第一款支持大电流直流和交流测量的产品，能测量1200A以上的电流。供电电流和感应电流的隔绝，对电网和电动汽车的高压电池管理系统尤为有益。极佳的信噪比和全温度范围下全量程小于1%的总误差，使得该产品能在上至5kHz带宽的应用中进行精确电流测量。

CUR 423x的磁通量密度范围可以是±7mT或者±40mT。磁场范围可以精调，支持不同应用的电流范围。输出也是可调节的，比如符合SENT、SPI或者全比率测量模拟，灵活适应各种应用的要求。

此外，CUR 423x还集成了数字补偿、温度补偿、低通滤波等辅助技术。为了确保整个传感器系统的可靠性，还集成了符合ASIL-B功能安全等级的多种诊断功能。所有闭环电路必须的元件，比如补偿线圈、分流电阻和TMR传感电桥都集成在一个1毫米的工业标准TSSOP16 SMD封装里。无需使用聚磁芯因而在尺寸和成本上很有优势。

Crocus TMR

Crocus是第一批专注TMR技术的公司，它代表了TMR技术在世界范围的技术风向。Crocus独有的XtremeSense TMR技术让旗下产品有着极高的灵敏度、最低的功耗和最小的尺寸。

CT100，Crocus旗下的一款非接触式的TMR电流传感器。它是一种具有宽动态范围的高线性器件，使其能够用于从非接触式电流感测到线性到接近测量等各种应用。CT100的灵敏度范围为最大为±50mT，同样能够测量超过1000A以上的电流，电流测量范围大于±1000A的指标可以说是行业高端TMR技术的一个硬性指标。

在±20mT的测量范围下，CT100有着小于0.5%的总误差，这种级别的线性度上下幅度可以说是业内天花板了。这也可以看出作为第一批专注TMR技术的公司，Crocus在技术上的领先，尤其是测量精度上的领先。

上面说到，这种技术下的传感器芯片，尺寸一直是困扰其拓展应用的拦路虎。而CT100采用行业标准6引脚SOT23封装和超薄、小尺寸6引脚DFN封装，较小的尺寸也让它可以在物联网以及移动设备应用中大有所为。

多维 TMR

多维科技是国内最早开始TMR技术研发的公司，通过引入国外先进技术打破TMR芯片的国外垄断。

上图是多维TMR低成本线性磁传感系列的TMR2009，采用了一个独特的推挽式惠斯通全桥结构设计，包含四个非屏蔽高灵敏度TMR传感器元件。当外加磁场沿平行于传敏方向变化时，惠斯通全桥提供差分电压输出并且该输出具有良好的温度稳定性。

TMR2009同样覆盖±1000A，在这个指标上并没有落入下风，相比于其他非一线的TMR玩家这一指标是可以碾压的，尤其在电流检测领域。同时±20mT的范围区间也是高端玩家的基准值。

在测量范围层面，多维是丝毫不落下风的。但是多维±1.2%的线性误差范围相较于前两家的±1%和±0.5%就体现出差距了。这种线性度的误差幅度，直接导致了测量的精准度大幅下降，是应用上的短板。尤其是在多干扰因素的应用环境下，这看似不太大的差距将会带来截然不同的测量结果。

封装上TMR2009采用了SOT23-5（3mm×3mm×1.45mm）封装形式，相较于CT100的封装，仍然显得有些大。这类器件如何小型化是每一个厂商都需要解决的难点，毕竟新兴的需求都建立在小型化的基础上。

写在最后

关于这项技术，国外有着绝对优势，就算是国内最早研究该技术的多维也仅有十年历史。抛开国内外格局，单从技术来看，如何在封装大小、线性度、敏感度、测量范围、测量精度、接触形态以及成本上做出差异和优势，这是值得关注的问题。而归根到底，材料和制造水平的发展才是重中之重。

声明：本文由电子发烧友原创，转载请注明以上来源。如需入群交流，请添加微信elecfans999，投稿爆料采访需求，请发邮箱[e-mail]。

编辑：jq