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出磁場的強(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，白色家電的開閉檢測，定位檢測中，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時，阻抗值發(fā)生變化。這個現(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)對稱的特性，因此是不區(qū)別磁鐵的N極和S極的兩極檢測。
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。工作磁場是指輸出信號改變的磁場，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)行的抽樣測定的說明簡圖。
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 | 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出磁通密度的變化，控制傳感器輸出信號的開關(guān) (高(H)=>低(L))，如圖5所示。當(dāng)磁鐵接近傳感器，使磁場的強(qiáng)度變大，則傳感器的輸出就會由“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)不僅延長了使用壽命，還能夠防止異物引起的異常運(yùn)作。同時，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、構(gòu)造等要求也可以應(yīng)對自如。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應(yīng)設(shè)備的薄型、小型化設(shè)計。另一方面，由于靈敏度比以前的磁性傳感器更高，它的檢測范圍更寬廣，配置傳感器時也更加自由。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
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使用(如圖6)。另外還可以用來檢測可脫卸的零件在使用時的安裝位置是否正確。
圖6：AS系列的旋轉(zhuǎn)檢測用途的使用案例
在電氣設(shè)計上，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）方向移動時的情況。從傳感器的磁滯開始，9.4mm以下輸出信號一定是“低”(靠近磁鐵，蓋閉合)；14mm以上輸出信號一定為“高”(遠(yuǎn)離磁鐵，蓋打開)。實(shí)際設(shè)計的時候，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)時以及時間長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”“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)之急就是考慮相對應(yīng)的變化。同時還將充實(shí)磁場分析、模擬對應(yīng)等設(shè)計支持服務(wù)。
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