一文解析各向异性磁阻（AMR）技术

在当今科技飞速发展的时代，磁阻技术不断推陈出新，各向异性磁阻（AMR）技术作为最早规模化量产的磁阻技术，凭借其独特的性能和优势，在越来越多的领域崭露头角，不仅为现有应用带来了显著的改进，还为未来的创新开辟了广阔的道路。

各项异性磁阻（AMR）技术原理

各项异性磁阻（AMR）原理主要基于以下内容：

（1）电子散射机制

在铁磁材料中，电子具有自旋属性，且其运动状态会受到材料磁化方向的影响。当电流通过铁磁材料时，电子在其中的散射概率与磁化方向和电流方向的相对关系有关。

当磁化方向平行于电流时，电子的自旋方向与磁化方向较为一致，电子轨道会垂直于电流方向，此时电子的散射概率增大，导致电阻上升；而当磁化方向垂直于电流时，电子轨道与电流方向平行，电子的散射概率减小，电阻也随之减小。

（2）电阻变化规律

铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有关，其关系可以表示为R=R_min+（R_max-R_min）cos2θ，其中R为电阻，R_max为磁化方向与电流平行时的最大电阻，R_min为磁化方向与电流垂直时的最小电阻，θ为电流与磁化方向的夹角。

这种电阻随磁化方向与电流方向夹角变化而变化的特性，使得铁磁材料在不同方向的磁场作用下，表现出各向异性的磁阻效应。

（3）惠斯通电桥结构应用

在实际的各向异性磁阻传感器中，通常采用由4个相同的磁阻元件构成惠斯通电桥结构，易磁化轴方向与电流方向的夹角为45度。

当沿与易磁化轴垂直的方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，电桥的 4 个桥臂电阻阻值相同，输出为零。

当施加外磁场时，合成磁化方向将在易磁化方向的基础上发生旋转，导致左上和右下桥臂电流与磁化方向的夹角增大，电阻减小；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角减小，电阻增大，从而使电桥产生输出电压，且该输出电压与外加磁场强度成正比，进而可利用磁阻传感器测量磁场。

AMR技术采用的是镍铁合金这种坡莫合金材料，通过精确的设计和制造工艺，可以实现对磁场的高灵敏度和高精度测量。

AMR技术的优势

（1）高灵敏度

一般情况下，Hall 技术的灵敏度通常在毫特斯拉（mT）量级以下，而AMR技术的灵敏度比Hall技术高很多，可达到微特斯拉（μT）量级。使其在诸如精密测量、导航等对精度要求极高的应用中表现出色。

（2）低功耗

相较于Hall器件，AMR 器件在工作时消耗的电能较少，通常在微瓦（μW）量级，这对于电池供电的设备和便携式应用至关重要。

（3）小尺寸

由于AMR技术只需一层磁性薄膜，稳定性、可靠性高。AMR可与CMOS或MEMS集成在同一硅片上，满足现代电子产品对小型化和集成化的需求。

（4）成本效益

AMR传感器是最早商业化的磁阻传感器，也是目前应用最为广泛的磁阻传感器，是唯一做到晶圆代工厂的磁阻技术，成本是私有厂的1/3；随着技术的不断成熟和大规模生产，AMR 传感器的成本仍在降低，使其在市场上更具竞争力。

为什么常说AMR技术是最适合做运动控制检测的磁技术？

AMR 传感器经常被选择用来做一些高精密的角度速度位置的测量，这主要得益于以下几个因素。

（1）高精度测量能力

角度测量精度高：即使在饱和磁场下，AMR传感器仍能保持较高的角度测量精度。基于AMR技术可实现高达23位的绝对角度测量精度，这使其在工业机器人、汽车电子等对角度测量精度要求极高的领域得到广泛应用.

线性度好：AMR 传感器在饱和磁场下的输出信号与磁场强度之间具有良好的线性关系，可确保测量结果的准确性和可靠性，从而能够准确地反映出被测物体的位置、速度等物理量的变化。

（2）稳定的工作特性

对磁场强度变化不敏感：在饱和磁场区域内，AMR传感器的电阻变化仅取决于磁场方向，而与磁场强度的具体数值无关。这意味着即使磁场强度存在一定的波动或变化，只要磁场方向保持稳定，传感器的输出信号就不会受到明显影响，从而保证了测量结果的稳定性.并且呈现出非常好的线性度，也就是说它能够对磁场方向变化进行高灵敏度检测。

抗干扰能力强：由于AMR技术本身对磁场方向的敏感性以及其在饱和磁场下的稳定特性，使得AMR传感器对外部干扰磁场具有较强的抗干扰能力。在复杂的电磁环境中，如存在其他电气设备产生的磁场干扰时，AMR传感器依然能够稳定工作，准确地检测到目标磁场的变化。

从可靠性来看，它的结构相对简单，没有复杂的易损部件，因此耐用性好。这在运动控制频繁的工况下，能稳定工作，减少因传感器故障导致的运动控制失误。

（3）宽测量范围与适应性

宽磁场强度范围适应：AMR传感器能够在较宽的磁场强度范围内进入饱和工作状态，可适应不同强度的磁场环境，从而在多种应用场景中都能发挥作用，无需针对不同的磁场强度进行频繁的调整或更换传感器.

对磁铁和安装要求相对较低：相比其他一些磁技术，AMR技术在饱和磁场下工作时，对磁铁的磁场均匀性、稳定性以及安装位置的精度要求相对较低。这是因为在饱和磁场中，传感器主要依据磁场方向进行测量，而非对磁场强度的精确感知，因此在一定程度上降低了系统的复杂性和成本，提高了系统的可靠性和可维护性.

AMR磁阻传感器的未来发展趋势

AMR磁阻传感器未来的增量市场必然是对传感器性能要求有提升的场景。

（1）汽车领域

新能源汽车发展：随着新能源汽车产业的迅速崛起，汽车的电气化和智能化程度不断提高。AMR磁阻传感器可用于电池热管理系统中的电流测量，确保电池的安全和性能；在电机控制方面，能够精确测量电机的位置和速度，从而实现更高效的电机控制和能量回收，提升新能源汽车的整体性能和续航里程。

自动驾驶技术需求：自动驾驶功能的实现依赖于大量精确的传感器来感知车辆周围的环境和自身状态。AMR磁阻传感器可用于测量方向盘的角度、踏板的位置等信息，为自动驾驶系统提供关键的车辆操控数据，保障自动驾驶的安全性和可靠性。

车身控制系统升级：汽车车身控制的整体电气化趋势，如线控技术逐渐取代传统机械技术，使得AMR磁阻传感器的渗透率不断增加。例如在电子刹车、电子转向等系统中，AMR磁阻传感器能够快速准确地响应，提高车辆的操控性能和舒适性。

（2）工业应用领域

工业自动化升级：在工业自动化生产中，AMR磁阻传感器可以为各类设备提供高精度的位置和速度检测。例如在生产流水线上，可用于检测机器的运行状态，监控生产设备的工作效率和故障情况，从而提高生产线的整体生产效率和产品质量。

机器人与自动化仓储：在机器人和自动化仓储系统中，AMR磁阻传感器能够精确测量机械臂、搬运设备等的位置和方向，帮助机器人更准确地执行任务，实现货物的高效搬运和存储。

能源管理系统：在工业能源管理中，AMR磁阻传感器可用于监测电机、变压器等设备的电流和磁场变化，实现对能源消耗的精确测量和监控，有助于企业优化能源利用，降低生产成本。

（3）医疗健康领域

医疗设备升级：在医疗设备如磁共振成像（MRI）设备中，需要大量高精度的磁传感器来测量磁场的微小变化，以生成清晰准确的医学图像，帮助医生进行疾病诊断。AMR磁阻传感器凭借其高灵敏度和高精度的特点，能够更好地满足医疗设备对磁场检测的要求。

（4）人形机器人领域

人形机器人的关节众多，如手臂、腿部、腰部等关节的运动，需要精确控制角度才能实现流畅自然的动作。AMR磁编码器可以高精度地测量关节的旋转角度，并将其转化为电信号反馈给控制系统，使机器人能够实时准确地知晓各个关节的位置状态。

目前人形机器人关节大多采用一个光编加一个磁编的方案，但是随着规模化量产，降本首当其冲，那对应性价比更高的磁编就有了更大的空间。

总结

各向异性磁阻技术作为磁阻领域的重要分支，以其高灵敏度、低功耗、小尺寸和成本效益等优势，在市场中占据了重要地位。随着技术的不断创新和应用领域的拓展，AMR磁阻传感器的未来发展前景广阔，将为我们的生活和科技进步带来更多的惊喜和突破。微传科技深耕AMR技术数十年，在工业和汽车领域不断创新AMR产品，坚信AMR磁阻传感器将在更多领域发挥关键作用，推动人类社会迈向更加智能化和便捷的新时代。