传感器用于检测环境中发生的事件或变化，从而通知机器并对其进行处理或控制。作为现实世界与虚拟世界之间的第一道纽带，传感器负责测量力、热、光、电等特定的物理信息，其重要性不言而喻。
汽车中最常用的传感器可能是磁传感器，它可用于控制从踏板到座椅位置、从风扇到油箱液位等一切。仅一辆车就可能有几十个霍尔开关。
那么什么是磁传感器呢？顾名思义，磁传感器是一种将敏感元件受磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起的磁特性变化转换成电信号，从而检测电流、位置、方向等物理量的装置。
磁传感器凭借其灵活性、高效性和成本效益，被广泛应用于工业、汽车和电子产品中。如图所示，磁传感器在物联网应用中排名第四。
磁传感器在汽车上的应用（TDK官网）
磁传感器IC有哪些类别？
其实从指南针开始，磁技术就已经被广泛应用于各种场合，现有的技术中，测量磁场的传感器有很多种类型，主要分为霍尔传感器和磁阻传感器。
第一种是最常见的霍尔传感器。1879年，埃德温·霍尔发现的霍尔效应证明，洛伦兹力作用下，会产生一个与电流和磁场方向垂直的电压，这个电压就叫做霍尔电压。电压的大小和方向（正或负）决定了可以检测出磁场（N极、S极）的大小和方向。这就是霍尔传感器的原理。
第二种是磁阻效应。与霍尔相比，磁阻现象的发现更早。1857年，开尔文勋爵将一块铁块放在磁场中，注意到铁块的电阻有微小的变化，从而发现了磁阻效应。但直到100多年后的1971年，亨特才首次提出磁阻（MR）传感器的概念。亨特元件的几何结构是一块有感应电流I和磁化矢量M的磁阻薄膜，它在薄膜平面上与电流形成一个角度α，从而确定信号。1991年，IBM在硬盘驱动器中引入了第一个MR磁头，利用一条磁阻材料来检测数据。
MR的三种类型（AKM官网）
2007年诺贝尔物理学奖授予了GMR效应的发现者：法国物理学家阿尔伯特·费尔特和德国物理学家彼得·格伦伯格。
磁传感器中也包括线圈、簧片开关等机械结构的产品，但这些结构无法实现晶片化或小型化，因此在很多场合逐渐被IC取代。也有类似线圈的电感式传感器，但其应用并不像霍尔传感器那么普遍。
磁传感器有哪些优点？
霍尔元件的磁灵敏度不如磁阻传感器元件，但作为不依赖磁性材料的磁传感器，可在铁磁场或恶劣环境中使用，因此可用作电流传感器或各种磁开关。霍尔传感器可分为分立元件或集成IC。其中，集成霍尔效应元件的IC可采用标准单片CMOS工艺，因此可实现更高的性价比和更大的生产能力。
此外，由于测试是非接触式的，因此可以稳定工作数十年，不会受到外界环境的影响。与分立方案相比，霍尔IC更简单，大多数器件外部只有三个引脚。霍尔传感器可以埋在外壳下面，与外界隔离，更加美观，易于设计。
MR的优点是功耗更低，性能更高，但通常价格也较高。
磁传感器的设计难点
磁传感器往往需要权衡灵敏度或带宽、功耗、抗干扰、温漂、可靠性等多项指标，应根据不同的应用场景选择不同的磁传感器。
带宽和功耗往往需要权衡（TI官网）
磁传感器供应商
磁传感器的供应商有很多，例如Mouser网站上，热门推荐厂商有TI、Allegro、Honeywell、Diodes、Infineon、ams OSRAM、Melexis、AKM、NXP、TDK、Bosch、ADI、Rohm等，国内公司代表有Nanochip、美芯等。
磁电流传感器简介
磁式电流传感器分为一体式电流传感器和线性电流传感器，磁感应式电流传感器是通过在测量对象的电流线周围产生磁场（磁通密度）来检测电流量的传感器。
根据比奥·萨瓦定律，电流与磁通密度成正比，利用霍尔元件测量电流线产生的磁场，就能精确测量出流过电流线的电流量。
与使用分流电阻的直接测量方式不同，磁传感器检测被测物体的电流线与传感器信号处于绝缘状态，因此可以无损耗地进行测量，不会对系统造成影响，而且更为简单、功耗更低。但具体选用还应根据精度、量程、尺寸、成本、安装难易程度等综合考虑。
如图所示，三种磁传感器均可以检测电流，其中封装内检测显然是集成度最高的产品。（TI官网）
磁性开关
开关/锁存器包括霍尔和磁阻。
当磁场强度超过阈值时，锁存传感器和开关传感器设备可以提供数字输出。这对于事件计数、非接触式开关和篡改检测等应用非常有用。
开关传感器按其检测的磁场不同，分为单极、双极、双极（双输出）三种，它们根据所施加磁场的强度，进行开启或关闭的动作。
锁存器类型决定了输出磁极的切换。锁存器类似于双极开关，具有正极 BOP 和负极 BRP，但它可以精确控制切换动作。锁存器需要正磁场和负磁场才能工作。当单个磁铁处于足够强的正磁场中时，它会将设备切换到开启状态。当设备开启时，它会锁存并保持开启状态，即使磁场被移除，直到出现足够强的负磁场，设备才会关闭。
霍尔效应传感器并不是实现磁性开关的唯一选择。簧片开关是另一种常用的组件，适用于需要简单开关或开闭接近检测的应用。然而，使用簧片开关的一个主要缺点是该设备的机械特性决定了它的使用寿命有限。霍尔效应传感器没有像簧片开关那样的机械触点，是一种更可靠的解决方案，不会受到机械磨损的影响。
与其他类型的开关相比，霍尔传感器具有很多优点。首先，没有机械触点，没有磨损，使用寿命比机械开关更长。其次，与光开关相比，霍尔IC在有灰尘和污垢堆积的环境中也能检测磁场。第三，无论有无磁铁，霍尔IC都可以非接触工作，可实现防水设计，维护方便。
各种传感器的优缺点（TI官网）
近年来，锁存型 IC 也用于简单的旋转编码器等应用。使用开关霍尔 IC 进行转子检测，输出的脉冲数与锁存型 IC 相同，但占空比相对较差，具体取决于磁极数。增量编码器可监控磁铁的速度或运动速度和方向。
绝对编码器可以做到这一点，并始终以高分辨率确定其准确位置。当增量编码器设计人员使用数字输出霍尔效应锁存器时，分辨率取决于系统中的磁极数量。实现更高的分辨率需要具有更高极数的环形磁铁，并且随着极尺寸的减小，磁铁产生的磁场本质上会变得更弱，这要求设计人员将传感器放置在更靠近磁铁的位置或使用更灵敏的传感器。
可以使用磁性开关进行液位检测。
常见的磁性开关如上文所述，TMR在4-20mA长距离应用中具有最低的功耗和支持最多的开关特性。（TI官网）
速度传感器
对于现代汽车来说，车轮转速信息至关重要，包括车辆动态控制系统（VDC）、电子稳定程序（ESP）、防抱死制动系统（ABS）、自动变速箱控制系统等，因此车轮转速传感器是现代汽车中最关键的传感器之一。
一般来说，所有转速传感器都可以作为车轮转速传感器使用，但考虑到车轮的工作环境、空间大小等实际因素，常用的车轮转速传感器主要有磁电式车轮转速传感器和霍尔式车轮转速传感器。
磁电式车轮转速传感器具有结构简单、成本低、耐泥土、污垢等特点，但也存在频率响应低、抗电磁干扰能力差等缺点。
霍尔式轮速传感器是利用霍尔效应原理制成的，其输出信号电压幅度不受转速的影响；频率响应较高，抗电磁干扰能力强。
位置传感器
在传感器中，编码器常用于测量旋转的角度和方向。编码器是一种将位置信息转换成数字信号的装置，通常由旋转编码器和固定编码器组成。旋转编码器安装在旋转轴上，而固定编码器则固定在底座上。当物体旋转时，旋转编码器转动，而固定编码器则不变。旋转编码器上的码盘上有一些光学或磁性的编码条纹，在旋转时被检测出来，从而测量物体旋转的角度和方向。
霍尔阵列传感器利用正弦、余弦信号与施加磁场的角度成比例的原理，利用内部DSP计算出两极磁铁的角度位置信息，并转换成模拟电压、PWM、SPI等多种输出形式。
最后的想法
作为连接物理世界和数字世界的桥梁之一，磁传感器的重要性不言而喻。从汽车到工业再到消费电子，随着人机交互和自动化需求的不断增长，磁传感器在接近、位移、编码、换向、角度等领域发挥着越来越重要的作用。同时，其高性价比、安装简便、维护方便等特点使其越来越受到人们的青睐。
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