磁性傳感器IC（磁性開關(guān)）
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前言
磁性傳感器能夠檢測(cè)出磁場(chǎng)的強(qiáng)度（大?。┖头较?。近年來，磁性傳感器IC已取代了機(jī)械開關(guān)被廣泛應(yīng)用。特別是手機(jī)和電腦的開閉檢測(cè)，白色家電的開閉檢測(cè)，定位檢測(cè)中，使用頻率就很高。
村田制作所制造的磁性開關(guān)傳感器IC（AS系列）是將AMR *1單體和驅(qū)動(dòng)電路一體化的一種磁性傳感器。本文將以此產(chǎn)品為例，詳述磁性傳感器的特性，特征和使用方法等。
(*1)AMR (Anisotropic- Magneto- Resistance)
各向異性磁阻效應(yīng)。各向異性是指具有方向性，在這里是指可以檢測(cè)出任意方向的磁力。
AMR單體是用鎳和鐵等制成的強(qiáng)磁性金屬合金。一般采用硅(Si)制成，當(dāng)遇到施加的電流方向垂直的磁場(chǎng)時(shí)，阻抗值發(fā)生變化。這個(gè)現(xiàn)象就稱為磁阻效應(yīng)，特性如圖1所示。它以0(零)H為軸，正負(fù)兩側(cè)對(duì)稱的特性，因此是不區(qū)別磁鐵的N極和S極的兩極檢測(cè)。
圖1：AMR單體的特性
AS系列特性
圖2為AS系列的外觀形狀。除了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SOT23(2.9×2.8×1.2mm)，SON4(2.0×2.1×0.6mm)之外，加上超小型的XSON (1.2×1.2×0.4mm)，共3種規(guī)格，可根據(jù)實(shí)際空間組合選擇。表1是AS系列的代表產(chǎn)品AS-M15TA-R的規(guī)格一覽表，其中最重要的是工作磁場(chǎng)。工作磁場(chǎng)是指輸出信號(hào)改變的磁場(chǎng)，為了防止跳躍現(xiàn)象(“高”和“低”在閾值附近反復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象)，具有磁滯區(qū)間，如圖3所示。除了標(biāo)準(zhǔn)特性外，還具有靈敏度可變，工作電壓的擴(kuò)大可變等特性。詳細(xì)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)就不在此詳述。圖4是為了減少消耗電流進(jìn)行的抽樣測(cè)定的說明簡(jiǎn)圖。
圖2：AS系列外形
表1 AS-M15型的規(guī)格一覽表（品名共通，Ta＝25℃、 Vdd＝1.8V）
項(xiàng)目 | 標(biāo)記 | 條件 | 下限 | 典型值 | 上限 | 單位 |
工作電壓 | Vdd | 1.6 | 1.8 | 3.5 | V | |
電源電壓極限值 | Vmax | VSS-0.3 | - | VSS＋6.0 | V | |
消耗電流 | Iave | 平均電流 | 1.6 | 3.0 | μA | |
工作磁場(chǎng) | Mop | H→L | (1.0) | 1.5 | 2.2 | mT |
Mrp | L→H | 0.8 | 1.2 | (1.9) | mT | |
高電平輸出電壓 | V0H | - | 0.9 Vdd | - | - | V |
低電平輸出電壓 | V0L | - | - | - | 0.1 Vdd | V |
工作溫度 | - | - | -40 | +85 | ℃ | |
存貯溫度 | - | - | -50 | +125 | ℃ |
圖3：電磁變換特性
圖4：AS系列的示意圖
檢測(cè)和控制“不接觸”“無接點(diǎn)”
AS系列能夠通過磁鐵和傳感器之間的距離改變來檢測(cè)出磁通密度的變化，控制傳感器輸出信號(hào)的開關(guān) (高(H)=>低(L))，如圖5所示。當(dāng)磁鐵接近傳感器，使磁場(chǎng)的強(qiáng)度變大，則傳感器的輸出就會(huì)由“高”變“低”，反之則由“低”變“高”。
圖5：AS系列的工作
此傳感器的特點(diǎn)是能夠 “不接觸”和“無接點(diǎn)”地進(jìn)行檢測(cè)和控制。與原先同樣用途的機(jī)械開關(guān)相比，無接點(diǎn)的特點(diǎn)不僅延長(zhǎng)了使用壽命，還能夠防止異物引起的異常運(yùn)作。同時(shí)，由于磁力能夠穿透非磁性材料的特征，無論是耐塵、耐水，或是其它復(fù)雜的設(shè)計(jì)、構(gòu)造等要求也可以應(yīng)對(duì)自如。并且，AS系列3種封裝規(guī)格都擁有相同的特性，不需要變更周圍電路就能對(duì)應(yīng)設(shè)備的薄型、小型化設(shè)計(jì)。另一方面，由于靈敏度比以前的磁性傳感器更高，它的檢測(cè)范圍更寬廣，配置傳感器時(shí)也更加自由。甚至可以為磁鐵的小型化做貢獻(xiàn)。
各種使用方法和設(shè)計(jì)
通過讓傳感器靠近和遠(yuǎn)離磁鐵來控制電路的方法，較為普遍的就是使用在蓋或門的開關(guān)部分，比較容易想象。若在磁鐵上安裝齒輪或羽毛，還能夠作為液體或氣體的流量計(jì)使用(如圖6)。另外還可以用來檢測(cè)可脫卸的零件在使用時(shí)的安裝位置是否正確。
圖6：AS系列的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用途的使用案例
在電氣設(shè)計(jì)上，需要考慮傳感器的特性，使用的磁鐵特性，以及和傳感器的位置關(guān)系。圖7是模擬將鐵氧體磁鐵(5×4×6mm)沿Z軸（遠(yuǎn)離傳感器）方向移動(dòng)時(shí)的情況。從傳感器的磁滯開始，9.4mm以下輸出信號(hào)一定是“低”(靠近磁鐵，蓋閉合)；14mm以上輸出信號(hào)一定為“高”(遠(yuǎn)離磁鐵，蓋打開)。實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要考慮到傳感器特性的偏差、溫度特性，磁鐵的溫度特性，生產(chǎn)時(shí)以及時(shí)間長(zhǎng)了之后傳感器的位置偏移。
圖7：鐵氧體磁鐵的模擬例子
今后的展望
“不接觸檢測(cè)”“無接點(diǎn)工作”的運(yùn)用不僅僅停留在現(xiàn)在的手機(jī)和筆記本電腦等,更期望將來在各種領(lǐng)域中使用。為了能滿足各種用途的靈敏度調(diào)整和輸出方法等的要求，當(dāng)務(wù)之急就是考慮相對(duì)應(yīng)的變化。同時(shí)還將充實(shí)磁場(chǎng)分析、模擬對(duì)應(yīng)等設(shè)計(jì)支持服務(wù)。
評(píng)論