電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）傳感器，已經(jīng)滲透到消費領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域的方方面面。位置傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器等等各類傳感器將現(xiàn)實世界的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字世界信號，方便我們感知。全球的傳感器市場也在一波又一波的技術(shù)工藝革新，需求升級中呈現(xiàn)出了快速增長的趨勢。

在眾多傳感器中，磁傳感器在很多領(lǐng)域都有著重要作用，作為一類大家熟知的傳感器類型，它的發(fā)展可以分為以下幾個階段，先是基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，到基于各向異性磁阻效應(yīng)的磁傳感器AMR傳感，到基于巨磁阻的GMR傳感，現(xiàn)在還有技術(shù)難度更大的基于隧道磁阻的TMR傳感。拋開最常見的基于霍爾效應(yīng)的磁傳感，基于磁阻效應(yīng)的傳感器技術(shù)發(fā)展如何，市場競爭格局又是怎樣？

三種磁阻效應(yīng)傳感器技術(shù)對比

AMR、GMR以及TMR這三條技術(shù)路線遵循最基本的磁阻效應(yīng)，即通有電流的導(dǎo)體上施加磁場，導(dǎo)體電阻值會發(fā)生明顯的變化。不同之處在于三者使用的磁性材料微觀機(jī)制不同會展現(xiàn)出不同的磁阻效應(yīng)。

AMR為各向異性磁阻效應(yīng)，因為它涉及磁性材料中的S軌道與d軌道電子散射各向異性，材料的磁阻變化與磁場和電流間夾角有關(guān)。GMR巨磁阻效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化，這一磁阻效應(yīng)也被廣泛應(yīng)用在硬盤上。TMR隧道磁阻效應(yīng)指的是在鐵磁—絕緣體薄膜—鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應(yīng)，也是三種磁阻效應(yīng)中技術(shù)門檻最高的一類。

AMR傳感一般都采用橋式構(gòu)造，磁電阻比（ΔR/Rmin）不算高，在3%左右。在很多運控應(yīng)用，尤其是車規(guī)級運控應(yīng)用上我們經(jīng)常能看到AMR傳感器的身影，綜合考慮技術(shù)難度，成本以及性能，AMR屬于性價比較高的那一類。GMR傳感一般也采用橋式構(gòu)造，功耗、響應(yīng)時間、溫漂等傳感指標(biāo)和AMR傳感比較接近，各項性能略有提升，但是磁電阻比比AMR大了不少，一般在15%左右。TMR傳感不論是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、成本還是工藝難度都很高，遠(yuǎn)高于AMR和GMR，與高技術(shù)門檻相匹配的是極高的靈敏度和極大的磁阻效應(yīng)，TMR在靈敏度上的領(lǐng)先是數(shù)量級的，磁電阻比ΔR/Rmin也在50%以上，甚至達(dá)到100%。

	AMR	GMR	TMR
磁電阻比（ΔR/Rmin）	3	15	＞50
功耗（mA）	＜10	＜10	＜0.01
響應(yīng)時間（ns）	10	10	0.1
溫漂（PPM/K）	3000	3000	400
最小尺寸（mm）	1×1	1×1	0.5×0.5
靈敏度（mV/V/Oe）	0.05	1	100

磁傳感市場規(guī)模

從市場規(guī)模來看，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2016—2021年全球磁傳感器市場規(guī)模以年復(fù)合增長率7%增長，現(xiàn)在已達(dá)到26億美元左右，其中汽車是迄今為止最大的傳感器市場，占整體市場的50%以上。在2021年的磁傳感市場中，磁阻效應(yīng)傳感器占比約為30%，并且受益于汽車傳感器市場的增長，磁阻傳感的占比還在不斷攀升。根據(jù)Yole預(yù)測，到2027年磁傳感市場規(guī)模達(dá)到45億美元。

從應(yīng)用方向來看，位置傳感和速度傳感無疑是磁阻傳感最匹配的應(yīng)用，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年這兩類應(yīng)用在磁阻傳感需求中占比分別為38.2%、20.0%。

從市場來看，磁阻傳感的普及應(yīng)用和汽車市場的增長有著直接的關(guān)系，在汽車向電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展的趨勢下，單個汽車搭載的磁傳感數(shù)量和價值不斷上漲。根據(jù)ICVT數(shù)據(jù)，2021年全球汽車磁傳感器市場規(guī)模為15.65億美元，預(yù)計到2030年有望達(dá)到25.97億美元。

磁阻傳感芯片主要廠商競爭力

英飛凌：全自主技術(shù)路線布局，車規(guī)級磁阻傳感行業(yè)領(lǐng)先

英飛凌是全球少數(shù)同時掌握AMR、GMR以及TMR技術(shù)的廠商，且其磁阻技術(shù)均為自主技術(shù)。在AMR傳感IC、GMR傳感IC、TMR傳感IC以及AMR＋GMR傳感IC上英飛凌均有量產(chǎn)產(chǎn)品布局，在車規(guī)級磁阻傳感上處于領(lǐng)先位置。

從英飛凌的AMR和GMR產(chǎn)品來看，GMR傳感的響應(yīng)與AMR傳感的響應(yīng)并沒有拉開差距，都在10ns這個水平上，功耗也都在10mA這個水準(zhǔn)，都是行業(yè)領(lǐng)先的水平。英飛凌在GMR上的突破在于采用創(chuàng)新的堆疊安裝技術(shù)，大幅削減了GMR的尺寸（厚度僅為1 mm），做到了和AMR傳感同一個尺寸水平。英飛凌的TMR產(chǎn)品不多，在傳統(tǒng)的高檢測靈敏度優(yōu)勢之外英飛凌為其擴(kuò)展輸出電壓，從而減少了對內(nèi)部放大器的需求，這允許在需要低溫度漂移和低電流消耗的一系列應(yīng)用中傳感器直接連接到MCU。

三條技術(shù)路線布局的英飛凌在汽車應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用和消費類磁阻傳感上均有很高的市占率，在磁阻傳感的創(chuàng)新上也走得比較大膽，比如推出了組合式磁阻傳感。

Allegro：重點布局GMR，同時提供TMR組合產(chǎn)品

作為2021年全球磁傳感行業(yè)市占率第一名（占比16%，Yole數(shù)據(jù)），Allegro自然不可能錯過磁阻技術(shù)。在這三條技術(shù)路線中，Allegro目前已經(jīng)推出的產(chǎn)品包括了GMR和TMR兩條技術(shù)路線。不過TMR產(chǎn)品是組合垂直霍爾技術(shù)一起推出的，單TMR產(chǎn)品目前還沒有推出。

據(jù)Allegro公布的消息，Allegro創(chuàng)新的硅片隧道磁阻TMR-on-silicon技術(shù)與傳統(tǒng)單一霍爾效應(yīng)傳感器相比，可提供更高的分辨率和準(zhǔn)確度，靈敏度直接提高了八倍。產(chǎn)品瞄準(zhǔn)了汽車ADAS應(yīng)用，為ADAS應(yīng)用提供高精度和異構(gòu)信號冗余。

GMR是Allegro積淀已久的技術(shù)路線，能夠提供目前市面上可以說最穩(wěn)健且最可靠的齒輪齒和環(huán)形磁體速度感應(yīng)。Allegro的單片GMR技術(shù)具有超低抖動和較大氣隙能力，再加上Allegro的SolidSpeed Digital Architecture，GMR傳感可提供更寬動態(tài)范圍的工作氣隙和高度自適應(yīng)性能。

NXP：AMR技術(shù)優(yōu)勢顯著，獲Crocus的TMR技術(shù)授權(quán)

基于AMR的磁傳感不少大廠都有在做，畢竟在車規(guī)級的角度傳感器上AMR傳感有著不可忽視的重要作用。NXP的AMR傳感IC一度占據(jù)AMR市場過半的占有率，可見其技術(shù)優(yōu)勢的領(lǐng)先。

NXP的車規(guī)級KMA/Z系列AMR傳感模塊采用集成濾波器的單一封裝，在電磁兼容上表現(xiàn)得非常好，而且會采用鎖定位提供寫保護(hù)的故障安全非易失性存儲器，可以說獨具特色。NXP的AMR傳感比市面上很多同類產(chǎn)品高出10%左右，整個系列在整個溫度范圍和生命周期內(nèi)具備±1%的精確度，而且這些傳感不太受參數(shù)降級的影響，保證了產(chǎn)品能穩(wěn)定提供高性能的傳感。

同時，NXP也獲得了TMR技術(shù)龍頭廠商Crocus的授權(quán)，未來應(yīng)該會推出基于TMR的磁傳感產(chǎn)品。

TDK：技術(shù)領(lǐng)先的TMR廠商，融合磁性技術(shù)與薄膜技術(shù)

作為全球TMR技術(shù)領(lǐng)先的廠商，TDK憑借先進(jìn)的薄膜工藝技術(shù)制造的TMR元件完美展現(xiàn)了TMR元件里電子“根本不能移動”的極端特性，電磁阻比極大。根據(jù)TDK官方數(shù)據(jù)，TDK的TMR傳感器的輸出是霍爾元件的500倍，AMR傳感器的20倍，GMR傳感器的6倍。

TDK的TMR傳感在磁場范圍20～80mT、溫度范圍-40～150℃的條件下，角度誤差在±0.6°以下，不管是在高溫側(cè)還是低溫側(cè)都展現(xiàn)穩(wěn)定的角度精度。并且由于其工藝的領(lǐng)先，在老化上也比一般的同類產(chǎn)品更小。

目前TDK也在進(jìn)一步擴(kuò)充TMR產(chǎn)品陣容，應(yīng)對多樣化的應(yīng)用，比如最近TDK就推出了為TMR角度傳感器提供了優(yōu)化的信號調(diào)節(jié)新型的TMR模擬前端。

Crocus：TMR行業(yè)技術(shù)風(fēng)向標(biāo)

Crocus是第一批專注TMR技術(shù)的公司，它代表了TMR技術(shù)在世界范圍的技術(shù)風(fēng)向。Crocus獨有的XtremeSense TMR技術(shù)讓旗下產(chǎn)品有著極高的靈敏度、最低的功耗和最小的尺寸。在標(biāo)定的測量范圍下，Crocus的TMR傳感有著小于0.5%的總誤差，這種級別的線性度上下幅度可以說是TMR業(yè)內(nèi)天花板。這也可以看出作為第一批專注TMR技術(shù)的公司，Crocus在技術(shù)上的領(lǐng)先，尤其是測量精度上的領(lǐng)先。

ADI：利用信號鏈優(yōu)勢布局AMR技術(shù)路線

ADI的磁阻傳感以異向性磁電阻位置傳感器解決方案為基礎(chǔ)，其AMR技術(shù)收購自Sensitec。ADI的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在集成上，充分發(fā)揮了ADI在信號鏈上的優(yōu)勢。ADI會在AMR傳感上集成信號調(diào)理放大器和ADC驅(qū)動器，眾所周知系統(tǒng)的組成部分越多，那么對每個組成部分的靈敏度及誤差要求就越高。在集成性這么高的情況下ADI能將精度控制的很高并不容易。

多維科技：國產(chǎn)磁阻傳感IC，專注高端磁阻傳感應(yīng)用

多維科技是一家專注于磁阻傳感的國內(nèi)廠商，根據(jù)官網(wǎng)信息，目前在AMR、TMR路線上均有布局，AMR和TMR的產(chǎn)品非常豐富，擁有先進(jìn)的8英寸磁傳感器量產(chǎn)晶圓產(chǎn)線，磁阻傳感器晶圓制造工藝也很成熟，目前共有200多款磁傳感器芯片和模組產(chǎn)品。

多維科技是國內(nèi)最早開始TMR技術(shù)研發(fā)的公司，通過引入國外先進(jìn)技術(shù)打破TMR芯片的國外壟斷。其TMR產(chǎn)品目前來看在線性誤差范圍和封裝尺寸上還有進(jìn)步的空間，其他指標(biāo)可以完全對標(biāo)國外一流的TMR產(chǎn)品。

旗下的AMR產(chǎn)品測量精度也是行業(yè)一流水平，不管是從精度還是細(xì)節(jié)設(shè)計上，國產(chǎn)AMR傳感面對國際大廠的AMR傳感并未落入下風(fēng)，反而在某些方面上還做得更細(xì)。

寫在最后

作為下一代的磁傳感器技術(shù)，磁阻傳感憑借性能優(yōu)勢，滲透率正日益提升。尤其是在汽車領(lǐng)域，隨著汽車功能復(fù)雜度的提升和安全要求的提升，磁阻傳感開始在高要求應(yīng)用場景替代霍爾傳感。