巨磁电阻(GMR)角度传感器
巨磁电阻效应及其传感器的原理
巨磁阻效应及其传感器的原理和应用一、概述对于物质磁电阻特性的研究由来已久，早在20世纪40年代人们就发现了磁电阻效应。
所谓磁电阻是指导体在磁场中电阻的变化，通常用电阻变化率Δr/r 描述。
研究发现，一般金属导体的Δr/r很小，只有约10-5%；对于磁性金属或合金材料（例如坡莫合金），Δr/r可达（3~5）%。
所谓巨磁电阻（GMR）效应，是指某些磁性或合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而Δr/r急剧增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻约高10倍。
利用这一效应制成的传感器称为GMR传感器。
1、分类GMR材料按其结构可分为具有层间偶合特性的多层膜（例如Fe/Cr）、自旋阀多层膜（例如FeMn/FeNi/Cu/FeNi）、颗粒型多层膜（例如Fe-Co）和钙钛矿氧化物型多层膜（例如AMnO3）等结构；其中自旋阀（spinvalve）多层膜又分为简单型和对称型两类；也有将其分为钉扎(pinning)和非钉扎型两类的。
2、巨磁电阻材料的进展1986年德国的Grunberg和C.F.Majkrgak等人发现了Y/Gd、Y/Dy和Fe/Cr/Fe多层膜中的层间偶合现象。
1988年法国的M.N.Baibich等人首次在纳米级的Fe/Cr多层膜中发现其Δr/r在4.2K低温下可达50%以上，由此提出了GMR效应的概念，在学术界引起了很大的反响。
由此与之相关的研究工作相继展开，陆续研制出Fe/Cu、Fe/Ag、Fe/Al、Fe/Au、Co/Cu、Co/Ag、Co/Au……等具有显著GMR效应的层间偶合多层膜。
自1988年发现GMR效应后仅3年，人们便研制出可在低磁场（10-2～10-6T）出现GMR效应的多层膜（如[CoNiFe/CoFe/AgCu/CoFe/CoNiFe]n）。
1992年人们利用两种磁矫顽力差别大的材料（例如Co和Fe20Ni80）制成Co/Cu/Fe20Ni80/Cu多层膜，他们发现，当Cu层厚度大于5nm时，层间偶合较弱，此时利用磁场的强弱可改变磁矩的方向，以自旋取向的不同来控制膜电阻的大小，从而获得GMR效应，故称为自旋阀。
巨磁电阻效应――GMR模拟传感器的磁电转换特性测量【实验目的】1...
巨磁电阻效应――GMR 模拟传感器的磁电转换特性测量【实验目的】1. 掌握GMR 效应的定义；2. 了解GMR 效应的原理；3. 熟悉GMR 模拟传感器的构成；4. 测量GMR 磁阻特性曲线。
【实验仪器】ZKY-JCZ 巨磁电阻效应及应用实验仪、基本特性组件、导线 【实验原理】一、巨磁电阻效应定义及发展过程1、定义2007年10月，科学界的最高盛典—瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔奖揭晓了。
本年度，法国科学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国科学家彼得·格林贝格尔(Peter Grunberg)因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。
瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，今年的诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小”。
巨磁阻到底是什么？诺贝尔评委会主席佩尔·卡尔松用比较通俗的语言解答了这个问题。
他用两张图片的对比说明了巨磁阻的重大意义：一台1954年体积占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普通、手掌般大小的硬盘。
正因为有了这两位科学家的发现，单位面积介质存储的信息量才得以大幅度提升。
目前，根据该效应开发的小型大容量硬盘已得到了广泛的应用。
“巨磁电阻”效应（GMR ，Giant Magneto Resistance)是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。
也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应，变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高10余倍。
2、发展过程人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。
量子力学出现后，德国科学家海森伯(W. Heisenberg)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。
后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁(或亚铁磁)有序状态，化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。
巨磁(GMR)的原理和应用
巨磁（GMR)的原理和应用巨磁电阻效应可以在哪些场合得到应用？前言“科学技术是第一生产力”，科学技术的发展，总是促进人类文明一次次飞速的进步。
人类进入20年代末的时候，一门新的学科——磁电子学又产生于科学技术的全面发展中。
它吸取最新科技发展的精华，融合磁学与微电子学之所长，发展其所不及，给人类技术文明发展又揭开了一页新的篇章。
一、巨磁电阻效应简介磁电子学是一门以研究介观尺度范围内自旋极化电子的输运特性以及基于它的这些独特性质而设计、开发的在新的机理下工作的电子器件为主要内容的一门交叉学科。
它研究的对象包括载流电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等。
电子既是电荷的负载体，同时又是自旋的负载体。
以研究、控制和应用半导体中数目不等的电子和空穴（即多数载流子和少数载流子）的输运特性为主要内容的微电子学是二十世纪人类最伟大的创造之一。
但在这里自旋状态是不与考虑的，电子的输运过程仅利用它的荷电性由电场来控制。
是否可以利用电子的自旋来操纵它的输运过程呢？这正是磁电子学所要研究的主要内容。
对巨磁电阻效应的研究就是磁电子学的一个重要内容。
磁场作用于磁性多层膜中导电电子的自旋，导致膜电阻发生很大的变化。
这种变化可以通过测量电阻或以电压方式反映出来。
根据这种特点可以在许多领域得到应用。
二、巨磁电阻效应的应用科技服务于人类。
科学技术只有同应用相结合才能发挥其“第一生产力”的作用并同时拥有强大的生命力。
磁电子学的产生是巨大应用前景促进的结果，同时从其产生之初即为应用服务。
到目前磁电子学的研究仍在世界范围轰轰烈烈地进行，它的应用已发展到计算机磁头、巨磁电阻传感器、磁随机存贮器等许多领域，随着对CMR、TMR原理的进一步研究和认识，必将开拓更为广阔的应用前景。
鉴于磁电子学技术的新颖性和复杂性，对于磁电子学的研究仍在持续不断地进行，其应用现在还仅限于巨磁电阻（GMR）范围，以下对此作较为详尽的介绍。
TLE5012B英飞凌Infineon 360°角度传感器GMR巨磁阻
TLE5012B英飞凌Infineon 360°角度传感器GMR巨磁阻Infineon TLE5012B GMR-Based Angle Sensors英飞凌TLE5012B 基于GMR 的角度传感器是一款360°角度传感器，可检测磁场的方向。
这是通过使用单片式集成巨磁阻（iGMR）元件测量正弦和余弦角分量来实现的。
可对原始信号（正弦和余弦）在内部进行数字处理以计算磁场（磁铁）的角方向。
TLE5012B 是经过预校准的传感器。
校准参数存储在激光引信中。
启动时引信值被写入双稳态多谐振荡器触发电路中，在其中这些值可由具体应用的参数进行修改。
数据通信通过一个兼容SPI 的双向同步串行通信接口(SSC)实现。
传感器配置存储在寄存器中，可由SSC 接口进行访问。
特点巨磁阻（GMR）原理集成磁场感应用于角度测量360°角度测量，有转数表和角速度测量两个单独的高精度单位SD-ADC绝对角度值在输出端的15 位表示( 0.01°的分辨率)正弦/余弦值在接口上的16 位表示使用周期和温度范围内最大为1.0°的角度误差，并有激活自校准功能达8Mbit/s 的双向SSC 接口有诊断功能和状态信息，支持安全完整性等级（SIL）接口：SSC、PWM、增量接口(IIF), 霍尔开关模式(HSM), 短PWM 码(SPC, 基于SAE J2716 中规定的SENT 协议)输出引脚可配置（编程或预配置）为推挽或开漏SSC 或SPC 接口为开漏配置时，可以实现一条线上多个传感器的总线模式工作0.25μm CMOS 技术汽车级：-40°C 到+ 150°C（结温）ESD > 4kV (HBM)符合RoHS（无铅封装）不含卤素应用：电换向电机，旋转开关，转向角测量，通用角测量方框图Block DiagramInfineon Technologies AG（英飞凌）近日宣布推出了其首款基于TMR（隧道磁阻）技术的磁传感器系列产品。
gmr编码器原理
gmr编码器原理
GMR（Giant Magnetoresistance，巨磁电阻）编码器是一种利用巨磁电阻效应来实现位置检测的传感器。
巨磁电阻效应是指当磁性材料中的电阻受到外部磁场影响时，电阻的大小会发生变化。
GMR编码器的工作原理如下：
1.传感器结构：GMR编码器通常包含一对平行排列的磁性层和一个中间的非磁性层。
这三层被称为自旋阻挫层（Spin Valve）。
两个磁性层的磁矩方向可以相互平行或反平行。
2.外部磁场作用：当外部磁场作用于自旋阻挫层时，它会影响两个磁性层的磁矩方向。
根据巨磁电阻效应，当磁矩方向平行时，电阻较小；而当磁矩方向反平行时，电阻较大。
3.电流通过：将电流通过自旋阻挫层，电流中的自旋也会与磁矩相互作用。
4.测量电阻：测量通过自旋阻挫层的电阻值，即可得知磁矩的相对方向。
由于磁矩的方向受外部磁场影响，因此可以通过检测电阻的变化来确定外部磁场的强度和方向。
5.位置检测：在编码器应用中，GMR编码器可以被设计成一系列磁性和非磁性层的重复结构，以便检测位置信息。
通过测量不同区域的磁场对电阻的影响，可以确定位置信息。
总体而言，GMR编码器利用巨磁电阻效应，通过测量电阻的变化来检测外部磁场的强度和方向，从而实现位置的准确检测。
巨磁电阻的角度依赖关系
巨磁电阻的角度依赖关系
巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，GMR）是一种磁阻效应，其电阻随着外部磁场的变化而发生变化。
巨磁电阻的角度依赖关系描述了在不同磁场方向下巨磁电阻的变化情况。
在巨磁电阻现象中，常见的角度依赖关系包括平行和垂直于磁化方向的磁场，以及任意角度的磁场方向。
1.平行和垂直方向：当磁场方向与磁化方向平行时，电阻最
小；当磁场方向与磁化方向垂直时，电阻最大。
这种平行和垂直方向的角度依赖关系是巨磁电阻的基本特征。
2.任意角度：在某些特殊的巨磁电阻材料中，电阻的角度依
赖关系可能会呈现出周期性的变化。
可以通过磁场方向与磁化方向之间的夹角来调节电阻的大小。
角度依赖性的具体特征取决于巨磁电阻材料的晶体结构、磁化方式和外部磁场的强度。
常见的巨磁电阻材料包括GMR多层膜结构和磁阻随温度变化的磁体半金属。
这些材料通常用于磁传感器、磁存储器和磁读写头等领域，利用巨磁电阻效应进行磁场测量和存储。
需要注意的是，对于具体的巨磁电阻材料，其角度依赖关系可能有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体的材料和设备来理解和应用巨磁电阻的角度依赖关系。
巨磁阻(GMR)生物传感器读出电路关键技术研究
巨磁阻（GMR）生物传感器读出电路关键技术研究
巨磁阻（GMR）生物传感器是一种用于检测生物分子的新型传感器，具有高灵敏度、快速响应和可重复使用等优点。
然而，要实现高精度的生物分子检测，需要设计和优化读出电路来提高传感器的性能。
首先，巨磁阻传感器的读出电路需要具备高放大增益和低噪声特性。
为了实现高放大增益，可以采用差分放大器电路来放大传感器输出信号。
差分放大器可以有效地抑制共模噪声，并提高信号的可靠性。
同时，通过使用低噪声放大器和滤波器来降低电路噪声，可以提高传感器的信噪比，从而提高传感器的灵敏度和检测精度。
其次，巨磁阻传感器的读出电路需要具备高速采样和处理能力。
由于生物分子的检测通常需要实时监测，因此读出电路需要能够快速采集和处理传感器输出的信号。
可以采用高速模拟-数字转换器（ADC）和数字信号处理器（DSP）来实现快速的信号采集和处理。
高速ADC可以将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，而DSP可以对数字信号进行实时处理和分析，从而提高传感器的响应速度和检测效率。
此外，巨磁阻传感器的读出电路还需要具备低功耗和小尺寸的特点。
为了实现低功耗，可以采用低功耗的集成电路和优化的
电源管理技术。
同时，通过采用微型化的电子元件和集成化的电路设计，可以实现读出电路的小尺寸化，从而方便传感器的集成和应用。
综上所述，巨磁阻生物传感器的读出电路关键技术包括高放大增益和低噪声特性、高速采样和处理能力，以及低功耗和小尺寸化。
这些关键技术的研究和优化将有助于提高巨磁阻生物传感器的性能，推动其在生物医学和环境监测等领域的应用。
GMR磁场传感器的工作原理
GMR磁场传感器的工作原理巨磁电阻（GMR）效应是1988年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。
1. 巨磁电阻（GMR）原理，见图一。
巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。
赋以特殊的结构设计这种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要。
2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二。
巨磁电阻（GMR）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。
工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。
3. 巨磁电阻（GMR）传感器性能，见图三，表一。
图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在±200Oe的磁场范围类有较好的线性。
表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻（GMR）传感器的性能对照，表中标注有（库万军）处为本公司产品。
对比表明本公司的产品无论灵敏度或线性范围都有较大的优越性，而且本公司产品性能仍在不停的丰富和完善过程中。
更为重要的是，本公司产品采用特殊的结构，适宜于采用半导体集成化规模生产，因此生产成本低。
图3巨磁电阻（GMR）传感器在外场下的性能曲线表一各公司巨磁电阻（GMR）传感器性能对照灵敏度（mV/V*Oe）线性范围（Oe）结构及材料偏磁技术IBM 0.8 ±25 SPIN-VALVE 设置电流NVE 0.45 ±135 Co/Cu多层膜外置偏磁铁Honeywell 1 ±6 NiFe film(AMR)EPFL-CH 0.024 ±150 聚磁通霍尔元件INESC 0.6 ±30 SPIN-VALVE 设置电流INESC （库万军）0.21 ±135 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoFe/CoPt双层膜INESC （库万军）0.17 ±200 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoPt膜（两矫顽力）INESC（库万军）1.3 ±20 SPIN-VALVE 两次沉积INESC（库万军）探测磁场X-Y分量的集成元件INESC（库万军）数字、脉冲型3. 产品使用说明a.巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V的直流电源。
巨磁电阻实验报告
巨磁电阻实验报告【目的要求】1、 了解GMR 效应的原理2、 测量GMR 模拟传感器的磁电转换特性曲线3、 测量GMR 的磁阻特性曲线4、 用GMR 传感器测量电流5、 用GMR 梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR 转速（速度）传感器的原理【原理简述】根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。
称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。
电阻定律 R=ρl/S 中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ），可以忽略边界效应。
当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm ），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。
电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。
早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott 指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。
总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。
在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。
施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。
电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。
无外磁场时顶层磁场方向无外磁场时底层磁场方向图 2 多层膜GMR 结构图图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。
由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。
当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减图3 某种GMR 材料的磁阻特性磁场强度 / 高斯 电阻 \ 欧姆小，进入磁饱和区域。
gmr传感器工作原理
gmr传感器工作原理GMR传感器工作原理引言：GMR（Giant Magneto Resistance）传感器是一种基于巨磁电阻效应的传感器，具有高灵敏度、快速响应和低功耗等优点。
它在磁传感领域得到了广泛应用，如磁存储器、磁头以及磁传感器等。
本文将介绍GMR传感器的工作原理及其应用。
一、巨磁电阻效应巨磁电阻效应是指在某些特殊材料中，当外加磁场改变时，材料电阻发生明显变化的现象。
这种效应是由于磁场改变引起材料内部磁矩方向发生变化，从而影响电子的运动和散射，导致电阻的改变。
其中最具代表性的材料是由铁、铁氧体和铬等多层薄膜组成的磁多层结构。
二、GMR传感器的结构GMR传感器通常由两个平行排列的磁多层结构组成，中间夹有一层非磁性金属薄层。
其中一个磁多层结构被称为固定层，其磁矩方向固定不变；另一个磁多层结构被称为自由层，其磁矩方向可以受外界磁场影响而改变。
当没有外界磁场作用时，自由层的磁矩方向与固定层垂直，导致电阻最大。
而当外界磁场作用于自由层时，自由层的磁矩方向会发生改变，使得电阻值发生变化。
三、GMR传感器的工作原理当GMR传感器暴露在外界磁场中时，自由层的磁矩方向会发生变化。
这种磁矩方向变化会导致自由层和固定层间电子的散射发生改变，从而影响电阻的大小。
当自由层的磁矩方向与固定层平行时，电阻最小；当自由层的磁矩方向与固定层垂直时，电阻最大。
通过测量电阻的变化，我们可以确定外界磁场的大小和方向。
四、GMR传感器的应用1. 磁存储器：GMR传感器被广泛应用于硬盘驱动器中，用于读取磁盘上的数据。
它可以实现更高的磁道密度和更高的数据存储容量。
2. 磁头：GMR传感器也被用作磁头，用于读取磁带、软盘等磁介质上的数据。
3. 磁传感器：GMR传感器可以用于测量和检测磁场，例如地磁传感器、指南针和磁力计等领域。
4. 生物医学：GMR传感器可以应用于生物医学领域，用于检测生物磁场或监测生物信号。
结论：GMR传感器是一种利用巨磁电阻效应实现磁场检测的传感器，具有高灵敏度和快速响应的特点。