NEST178 August 2025 TMAG5134
配備智慧磁性位置感測器的裝置包括門窗感測器、電子智慧鎖（如圖 1中所示）、筆記型電腦、耳塞式耳機、平板電腦，智慧型手機，水錶與瓦斯表，都需依賴更小、更節(jié)能的開關(guān)。磁性開關(guān)通常需要偵測與印刷電路板 (PCB) 平行或水平方向的磁場，這種感測方向稱為平面內(nèi)感測。
圖 1 電子鎖依賴磁性感測器開關(guān)最常用的平面內(nèi)磁性開關(guān)為異向性磁電阻 (AMR)、隧道磁電阻 (TMR) 和舌簧開關(guān)。AMR 和 TMR 的運作方式係根據(jù)磁場的角度和幅度變更電阻率。舌簧開關(guān)由兩塊鐵磁性金屬組成，封裝在玻璃管中。在它們之間導(dǎo)入足夠強的磁場時，這些部件便會相互接觸。
儘管 AMR、TMR 和舌簧開關(guān)為市場上現(xiàn)有的解決方案，但仍有缺點。由於舌簧開關(guān)封裝在玻璃管或其他密封外殼中，因此封裝很大，且價格昂貴，並且在磁鐵旁邊時很容易擰緊（參見圖 2）。外殼還可輕鬆地在 100,000 和 100 萬個開關(guān)週期之間中斷，這使得技術(shù)的耐用性和可靠性更低。同時，舌簧開關(guān)無法以高精度偵測磁場。
使用舌簧開關(guān)進行設(shè)計時，另一個挑戰(zhàn)是它們可能會遇到去除抖動，這是彈性碰撞的結(jié)果，因為兩個舌簧在相互接觸後分離。去除抖動會延長訊號的安定時間，若不處理，會影響傳輸完整性。
圖 2 舌簧開關(guān)的模擬響應(yīng)，顯示兩個舌簧尖端之間的集中磁通量密度AMR 和 TMR 感測器的製造成本高昂，因為其金屬層堆疊十分複雜。建立這些金屬層需要專用沉積設(shè)備，但這些設(shè)備不容易獲得，且可能造成供應(yīng)限制；這些金屬層也必須磁化。
磁性感測的新世代
人們對霍爾效應(yīng)技術(shù)的需求與日俱增，因為其具備與常用開關(guān)類型相似的靈敏度和功耗，同時具備可擴充性和更經(jīng)濟的能力。霍爾效應(yīng)開關(guān)可根據(jù)磁場的規(guī)模監(jiān)控電壓變化進行運作。
TI 的 TMAG5134 平面內(nèi)霍爾效應(yīng)開關(guān)（圖 3）具備整合式磁性集中器，它由位於感測元件上的兩個金屬板組成。集中器將磁場聚焦在感測元件上，可放大磁場，並能夠偵測那些太弱而無法單獨使用霍爾效應(yīng)感測器有效測量的磁場。TMAG5134 能夠偵測最低可達 1mT 的微弱磁場，因此可使用較小的磁鐵，進而降低系統(tǒng)級的成本。
TMAG5134 的整合式磁性集中器產(chǎn)生的性能，以及霍爾效應(yīng)技術(shù)的製造成本，使其足以與 AMR、TMR 及舌簧開關(guān)競爭，同時大幅降低系統(tǒng)成本。
圖 3 TMAG5134 霍爾效應(yīng)開關(guān)的平面內(nèi)位置設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)霍爾效應(yīng)感測器相比，整合式磁性集中器可降低功耗，因為它會放大訊號，因此不需要具有更多電流對感測器進行偏壓。TMAG5134 的功耗低至 0.6μA。
此外，若偵測與 PCB 平行或水平方向的磁場，TMAG5134 的平面內(nèi)感測方向為您在設(shè)計系統(tǒng)時提供更大的靈活性。若在電晶體外型 (TO)-92 封裝中使用霍爾效應(yīng)開關(guān)，便能解決此難題，但會消耗更多電路板空間。由於 TMAG5134 為霍爾效應(yīng)開關(guān)，因此可無接觸感測磁場，與機械開關(guān)相比可減少磨損，並提升可靠性和彈性。
TI 有一個稱為德州儀器磁感模擬器 (TIMSS) 的磁性模擬工具，您可以利用該工具根據(jù)感測器磁鐵放置來模擬磁場和感測器輸出。TIMSS 可減少系統(tǒng)與完整產(chǎn)品設(shè)計的修改次數(shù)，並能快速針對不同系統(tǒng)容差進行實驗。您可以在 TIMSS 中選擇 TMAG5134，並取得系統(tǒng)中磁場和裝置輸出的 3D 視覺化效果。
設(shè)計工程師在選擇合適技術(shù)時，通常需要考慮成本、功率和操作閾值（請參閱表 1）。
| 參數(shù) | TMAG5134 | AMR 開關(guān) | TMR 開關(guān) | 舌簧開關(guān) |
|---|---|---|---|---|
| 感測方向 | 平面內(nèi)（X 軸） | 平面內(nèi)（X 軸） | 平面內(nèi)（X 軸） | 平面內(nèi)（X 軸） |
| 成本 | 低等 | 高等 | 高等 | 高等 |
| 電流消耗 | 最低可達 0.6μA | <0.1μA | <0.05μA | 0 |
| 典型操作閾值 (Bop) | 最低可達 1mT | 約 3mT | 最低可達 0.3mT | <5mT |
更智慧化的感測應(yīng)用
平面內(nèi)霍爾效應(yīng)開關(guān)的功能（如 TMAG5134）包括以下範(fàn)例：
- 在包括門窗感測器以及電子智慧鎖的智慧住宅系統(tǒng)中：
- 偵測使用者何時開啟或關(guān)閉門窗。
- 監(jiān)控門栓位置以確定車門的狀態(tài)。
- 延長電池使用壽命。
- 在筆記型電腦、平板電腦及耳塞式耳機等消費者電子產(chǎn)品中：
- 偵測使用者何時打開或關(guān)閉筆記型電腦蓋或平板電腦蓋，或偵測使用者何時折疊筆記型電腦 360 度。在筆記型電腦和平板電腦中，根據(jù)打開和關(guān)閉狀態(tài)打開或關(guān)閉螢?zāi)弧?/li>
- 確定使用者何時打開或關(guān)閉耳塞式耳機充電盒蓋，或從充電盒插入或取出耳塞。任一操作均可確定耳塞式耳機的充電狀態(tài)。
- 在能源基礎(chǔ)架構(gòu)中：
- 偵測水錶和瓦斯表中磁鐵的刷動，以使儀表進入診斷模式。
- 偵測電表上外部磁鐵的放置，以中斷電表量測。
結(jié)論
TMAG5134 等平面內(nèi)霍爾效應(yīng)開關(guān)正在塑造磁性位置感測的未來。未來，TMAG5134 等裝置可能較適合擴增或虛擬實境頭戴式耳機和智慧眼鏡等產(chǎn)品。高性能與低成本的結(jié)合，讓 TMAG5134 平面內(nèi)霍爾效應(yīng)開關(guān)成為具吸引力的選擇。
其他資源
- 開始使用霍爾效應(yīng)中斷轉(zhuǎn)接器評估模組。
- 使用 TMAG5134EVM 快速評估您的霍爾效應(yīng)開關(guān)設(shè)計。
- 觀看 TI Precision Labs 有關(guān)磁性感測器的影片系列。
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