地磁傳感器概述

　　地磁傳感器（電子羅盤），也叫數(shù)字指南針，是利用地磁場來定北極的一種方法。古代稱為羅經(jīng)，現(xiàn)代利用先進加工工藝生產(chǎn)的磁阻傳感器為羅盤的數(shù)字化提供了有力的幫助。

　　現(xiàn)在一般有用磁阻傳感器和磁通門加工而成的電子羅盤。雖然GPS在導航、定位、測速、定向方面有著廣泛的應(yīng)用，但由于其信號常被地形、地物遮擋，導致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高樓林立城區(qū)和植被茂密的林區(qū)，GPS信號的有效性僅為60%。并且在靜止的情況下，GPS也無法給出航向信息。為彌補這一不足，可以采用組合導航定向的方法。

　　電子羅盤產(chǎn)品正是為滿足用戶的此類需求而設(shè)計的。它可以對GPS信號進行有效補償，保證導航定向信息100%有效，即使是在GPS信號失鎖后也能正常工作，做到丟星不丟向。

　　手機地磁傳感器有什么用

　　智能手機指南針功能是利用地磁場與手機內(nèi)置地磁傳感器，來實現(xiàn)地理方向定位的，指南針指針方向有變化，說明地磁場與手機內(nèi)置傳達室感器已起作用，只是方向相反，此情況有可能受外界強磁場干擾所致，比如某個位置有強磁場，或其它外界因素與地磁場相反，就可能導致受此磁場影響。

　　紶酣官叫擢既規(guī)習海盧這個時侯可以更換一個位置或者手機平放按8字形移動，以校準指南針。

　　手機用地磁傳感器技術(shù)路線大比拼

　　一、室內(nèi)導航運用將推動地磁傳感器從豪配成標配

　　以往磁傳感器在手機中的應(yīng)用，主要是用在指南針和一些游戲中，最多是用到GPS的慣性導航。所以在客戶和一些手機廠家看來，地磁傳感器都是一個可有可無的“奢侈品”，一直是高端手機才有的東西。

　　可是，一項新的應(yīng)用將大大推動地磁傳感器成為手機的必配產(chǎn)品。這就是室內(nèi)導航。目前已有谷歌、高德等傳統(tǒng)的地圖廠商建立數(shù)據(jù)庫，以推動室內(nèi)導航這一基于LBS（Location Based Services）的位置服務(wù)。

　　二、室內(nèi)導航有什么用呢

　　當一個智能手機用戶需要購買名牌香薰，又或者用餐時想吃泰國菜，這在類似正佳廣場那樣龐大、復雜又容易迷路的購物中心，并不是易事。這時該用戶只需啟動室內(nèi)導航軟件，就可以順利找到需要的餐廳和商鋪。同樣，如果要在大型超市尋找走散的同伴（或孩子等），也并不復雜，同樣地采用室內(nèi)導航便可以完成。在導航的過程中，用戶通過手機屏幕，能看見的不僅僅是路線，而是各商家打折信息和促銷推介。購物中心的商家可以在這個導航軟件中做廣告，宣傳自己的商品，直接促進消費購物。購物中心還可以利用物聯(lián)網(wǎng)來分析每個客戶的停留時間和關(guān)注的物品。顯然，不論是地圖軟件商還是購物中心，這都是一筆不少的收入。

　　三、磁傳感器的發(fā)展及主要技術(shù)路線

　　人們對磁傳感器并不陌生，中國四大發(fā)明中的指南針就是最早的磁傳感器應(yīng)用之一。雖然磁傳感器有一千多年的歷史，但它的廣泛應(yīng)用卻是在二十世紀的電子時代，其中每一次革命性的發(fā)展都是被一個極具生命力的應(yīng)用所驅(qū)動的。六十年代汽車的普及和自動化，帶動了由磁傳感器作為核心的無需接觸且具有超強可靠性的位置控制和開關(guān)控制裝置的發(fā)展，從而使霍耳元件和感應(yīng)線圈技術(shù)制造的磁傳感器得到大規(guī)模生產(chǎn)化，提高了集成度和降低了成本。八十年代電腦開始進入普通家庭，電腦存儲硬盤使用的讀寫磁頭是一種特殊環(huán)境下的磁傳感器，需求的增加以及對存儲密度的超高追求，使得磁頭在過去的二十年呈現(xiàn)飛速發(fā)展，也帶動了巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和各種磁阻類磁傳感器的開發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)。

　　磁傳感器是將由磁場、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、光等引起的磁特性變化，轉(zhuǎn)換成電信號進行檢測的裝置。現(xiàn)在用于手機的磁傳感器技術(shù)路線主要有幾種。目前，可用于檢測地磁場分布變化的技術(shù)原理主要有：

　　1、霍爾（HALL）效應(yīng)：通過電流的半導體在垂直電流方向的磁場作用下，在與電流和磁場垂直的方向上形成電荷的積累而出現(xiàn)電勢差。

　　2、電磁感應(yīng)：線圈切割地磁場的磁力線則將在線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

　　3、磁阻（XMR）效應(yīng)：物質(zhì)在磁場中電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。目前，應(yīng)用廣泛的磁阻元件包含：各向異性磁阻（AMR）、巨磁阻（GMR）、以及隧道磁阻（TMR）。

　　各向異性磁阻（AMR）：AMR磁傳感器是由長而薄的坡莫合金（鐵鎳合金）制成。當沿著鐵鎳合金帶的長度方向通以一定的直流電流，而垂直于電流方向施加一個外界磁場時，合金帶自身的阻值會生較大的變化，利用合金帶阻值這一變化，可以測量磁場大小和方向。

　　巨磁阻（GMR）：薄膜結(jié)構(gòu)為兩磁性層中間夾一金屬層，其電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關(guān)，兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值，明顯大于磁化方向相同時的電阻值，電阻在很弱的外加磁場下具有很大的變化量，故被稱為“巨磁阻”。

　　隧道磁阻（TMR）：薄膜結(jié)構(gòu)為鐵磁/絕緣體薄膜（約1納米）/鐵磁材料，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化而變化。

　　那么什么樣的磁傳感器技術(shù)將在這場革命中勝出呢？這是我們都很關(guān)心的問題。

　　總體來說：XMR比HALL要好

　　從各種磁傳感器的工作原理來說，XRM是磁場對鐵磁材料的作用（相似于傳統(tǒng)指南針原理），而霍爾效應(yīng)則是磁場與電子間的作用。因此從理論上來講，XMR比HALL的靈敏度更高。

　　下圖是二者的工作原理對比圖：

　　下圖所標注的則是XMR與HALL分別能感應(yīng)的磁場強度，可以明顯看到，地磁場（10的負5次方T）的磁場強度更適合XMR的技術(shù)進行測量。

　　首先，我們來思考一下，運動傳感器（MotionSensor）的應(yīng)用環(huán)境，在Motion Sensor中磁傳感器主要是用來測量在地球磁場環(huán)境下的角度，位置以及它們的變化，對磁傳感器的要求是在地球磁場的強度范圍內(nèi)作1%-2%的精準測量。手機及其他便攜式消費類電子產(chǎn)品要求磁傳感器具有低功耗、低成本和微小尺寸。未來的應(yīng)用可朝縱深及橫向方向發(fā)展。縱深可以用室內(nèi)導航作為代表。磁傳感器必須可以測量到在地球磁場下方向一度左右的變化，才能在室內(nèi)導航中有實質(zhì)性的影響。因此磁場精確度需好過1毫高斯。在橫向發(fā)展上以游戲控制為代表，游戲控制需要反應(yīng)敏捷，速度需要在200赫茲（HZ）左右。

　　我們再看一個更直觀的圖示：

　　從上圖也可以看到，有部分的地球磁場，HALL效應(yīng)是沒有辦法檢測得到的。而在幾種MR的技術(shù)中，目前AMR更具有成本優(yōu)和工藝優(yōu)勢。

　　綜上，選擇各向異性磁阻（AMR）技術(shù)的優(yōu)勢有以下幾點：

　　1、各向異性磁阻（AMR）技術(shù)最優(yōu)良性能的磁場范圍是以地球磁場為中心，對于以地球磁場作為基本操作空間的Motion Sensor應(yīng)用來說，具有廣大的運作空間，無需像霍耳元件那樣增加聚磁等輔助手段。

　　2、各向異性磁阻（AMR）技術(shù)是唯一被驗證，可以達到在地球磁場中測量方向精確度為一度的半導體工藝技術(shù)。其他可達到同樣精度技術(shù)都是無法與半導體集成的工藝。因此，AMR可與CMOS或MEMS集成在同一硅片上并提供足夠的精確度。

　　3、AMR技術(shù)只需1-3層磁性薄膜，工藝簡單，成本低，不需要昂貴的制造設(shè)備，具有成本優(yōu)勢。而TMR則要5-7層，GMR需要4-10層的磁，其工藝復雜得多。

　　4、AMR技術(shù)具有高頻、低噪和高信噪比特性，在能看到的各種應(yīng)用中尚無局限性。

　　5、AMR技術(shù)在強磁干擾后自動校下要比HALL等傳感器技術(shù)要好。