(3358 blog.Sina.com.cn/s/blog _ 1a29b 25300102 z1ky.html摘要Allegro MicroSystems，LLC是开发、制造和销售高性能集成电路(IC )的全球领导者概述的基本内容，以及Allegro如何在市场领先的IC上使用该技术来满足当今的APP应用需求。
巨磁电阻(GMR )效应1988年，unitmixtedephysiquecnrs/Thales的Albert Fert和Institut frfestkrperforschungszentrumjlich gmbh的ppph GMR效应的基本原理是基于电子自旋。 在磁阻效应元件中，电子散射概率的增减是电子自旋状态与电子行进的介质的磁方向的相互作用的函数。 电子散射增加了电子流的平均自由路径，有效地改变了介质的电阻。 总之，磁阻是磁场变化时电阻值变化的电阻。
GMR转换器的制造方法是制作由不同磁性材料和非磁性材料构成的一系列超薄层。 根据这些材料的顺序和厚度，层叠的薄膜(GMR堆叠)在有磁场的情况下可以改变电阻。
随着时间的推移，由于GMR的技术进步，“回转阀”型结构得到了发展。 这是Allegro在其最新IC中使用的结构。 在自旋阀中，以两个磁性层中的一个为“基准”，固定磁场的方向。 另一层称为“自由”层，可以与周围环境的磁场自由对齐(见图1 )。 在典型的磁传感器应用中，该磁场由磁体或电流产生，在本文的雄辩部分称为Bapp。 “旋转阀”这个名字类似于水龙头，因为水流的速度与水龙头的旋转程度有关。 GMR自旋阀的打开位置与磁性层的方向一致的时机(图1中的方向a所示)有关，这种情况下电阻最低。 当使磁性层反向对齐时，如图1的方向b所示，发生关闭位置(或低流量位置)，此时电阻最高。 对于“基准”层和“自由”层间的任何角度差异，GMR传感器的电阻与该角度的余弦成比例。
图 1：GMR 响应
R = Rmin+ (Rmin Rmax) cos()
电阻的变化率称为MR%或磁阻率。 Allegro的GMR变换器的全范围场响应MR%通常为5 - 8%。 该响应水平比Allegro纯真池效应变换器生成约高50倍的信号，用GMR变换器代替纯真池效应传感器可以在IC中实现更高的信噪比。
GMR响应GMR是施加于电阻平面、即芯片表面或IC表面磁场(Bapp )的固有响应和施加
磁场角度的余弦是成比例的。 但是，GMR的电阻值并不一定表示磁场的强度。 基本的GMR转换器多为图1所示的磁角度传感器。 但是，在这里
在许多情况下，GMR转换器必须对一个轴上的场作出线性响应。 为了产生这样的线性响应，与“基准”层发生90度的各向异性，
该基准场像另一个磁场一样动作，成为外加场累积矢量。 (归因于这种各向异性的场Ban由图2中的黄色箭头指示。 而且，该响应具有包围零磁场状态的线性区域。 Allegro的很多IC都使用了这种线性化响应的方法。 必须注意在任何一个现场响应范围的极端情况下发生的饱和响应。 在线APP应用中，指定最大工作范围以解决杂散磁场和检测到的磁激励。 GMR产品数据手册可用于指示操作边界条件。 需要注意的是，Allegro纯真的水池效应解决方案没有这种固有的饱和响应。 Allegro纯真池效应集成电路具有基于应用或电路条件的饱和响应，这不是纯真池技术造成的。
图 2：引入各向异性时的响应线性化
在IC APP应用中使用GMR时，通常会创建GMR电阻，并将其放入惠斯通电桥配置中。 惠斯通电桥的一半(图3的元件a和c )处于一个磁场条件下
惠斯通电桥的另一半(元件b和d )处于另一磁场条件下。 理想地，这些条件表示相等、但是相反的响应，使得惠斯通电桥输出的信号最大化。 如图3中的蓝色箭头和文本所示，元件a和元件c向左方向(在该例中表示为反平行状态，在图1中表示为Rmax )检测磁场，元件b和元件d向右方向(在该例中表示为平行状态，在图1中表示为Rmin )检测磁场。 其结果，电阻器a和c成为高电阻状态，b和d的电阻器成为低电阻状态。 差分输出为正。
使用惠斯通电桥时，输出始终与施加的VCC成比例，未施加磁场时，差分输出的中点为0V。 差动电桥的输出根据惠斯通电桥施加的磁场的方向向正方向或负方向摆动。 该桥布置可以去除暖风，也可以在一定程度上隔离杂散磁场。
在电流传感器情况下，一个方向的磁场在元件b和元件d中维持相反方向(例如
图4 )。 惠斯通电桥的输出被发送到差分放大器，通过Allegro的一般灵敏度和偏移校正电路，并且在模拟和数字领域去除更高级的信号处理
电路。在没有集成导体的其他应用中，利用 GMR 元件的物理空间分离来影响差分信号，允许响应各种磁激励。
GMR 的另一个应用是用于环形磁铁速度检测应用，如 ABS 或变速箱传感器。如图 5 所示，用交替的南北极磁化来形成环形磁性材料。GMR 传感器可以放置在该材料的下面，使芯片平面水平。A 和 C GMR 元件以及 B 和 D GMR 元件之间的间距形成不同的磁场，并由这些元件组根据环形磁体在其旋转周期的位置来感测该磁场。当 N（北极）位于芯片上方中心时，磁场指向元件 A 和 C 上方左侧，以及元件 B 和 D 上方右侧。这将在 GMR 产生响应（如图 3 所示），并且 GMR 桥产生最大正响应。当在 S（南）极上方时，响应将是最大负值。当在极点之间时，每个元件的场大致相等，并且桥的响应接近 0。当环形磁体旋转时，这将导致传感器的正弦输出。通过对一定时间内的输出阈值的计数，可以测量环形磁体的速度。与传统纯真的水池传感器相比，在更大的气隙下能保证高灵敏度和一致性，以及更高的输出重复性，从而保证高精度的速度测量。
图 3：惠斯通电桥
图 4：GMR 和电流感应
图 5：GMR 和环形磁体应用
Allegro 拥有单片 GMR 解决方案
许多销售 GMR 解决方案的供应商都采用多芯片方法：“传感器”芯片和“接口”芯片。Allegro 是极少数直接将 GMR 技术集成在半导体晶圆
顶部的 IC 制造商之一。
这种集成方法具有许多优势，包括无需额外的芯片至芯片粘合，提高了可靠性，并且在集成载流线路或者将元件与外部参考相对定位时，可以简化整体设计。
晶圆至封装由于 Allegro 的 GMR 解决方案本质上是单片式，GMR IC 晶圆的管理与纯真的水池效应传感器 IC 晶圆相同。将制造好的晶圆研磨至适合其封装的厚度，并将晶圆切割成合适的芯片尺寸。在此步骤之后，该器件采用 Allegro 标准系列半导体 IC 封装。
图 6：带有 GMR 元件的晶圆和芯片显示为红色（左图），最终封装示例（右图）
选择纯真的水池效应解决方案或 GMR 解决方案
GMR 变换器比纯真的水池效应变化器有一些优势。但是，了解这些变换器的理想应用非常重要，因为在许多情况下纯真的水池解决方案是更好的解决方案。
因素 纯真的水池效应 GMR（基于实例堆）灵敏方向通过面（1 轴） 在面内（2 轴）
通常 1 根主轴 响应 完美的一轴线性 2 轴余弦
型响应，
解释更复杂 灵敏度（固有） ~10-20 μV / G 0.5-2 mV / G
（50+ X 纯真的水池效应） 线性范围 非限制 ±55 G 响应范围非限制 ±100 G 结论
Allegro 新集成 GMR 技术为设计人员提供了额外工具，可用于解决新的应用并扩展其 IC 在现有应用中的功能。GMR 能够改善信噪比、提高分辨率、或降低给定解决方案所需的场级别（较小的磁体、较大的气隙等）。此外，晶圆或 IC 表面的平面内感应能够创造比通过平面传感纯真的水池技术鲁棒性更强的新型、差分磁性解决方案。Allegro 将发布所有相关磁传感器 IC 产品组合的产品，以充分利用 GMR 技术提供的新功能。