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無線技術的進步導致了低成本、低功耗、SoC(晶片上的系統)支持——支持大量的無線協議，如藍牙，Zigbee, Z-Wave和ANT+。有了這些SoC，開發人員可以圍繞家庭、企業、工廠和環境設計設備——以及安裝或植入人體和動物體內的設備——這些設備可以通過網際網路感知環境和交流。這些設備通常被稱為物聯網(IoT)設備。這類物聯網設備中常用的三種磁傳感器是TMR(隧穿磁阻傳感器)、裸簧開關和霍爾傳感器。設備設計者在了解這三種傳感器的特點後，可以根據實際情況選擇最優方案。 磁性傳感器在物聯網設備中扮演著重要的角色，讓我們來看看一些例子。近距離感應是磁傳感器非常普遍的應用。典型的例子是通常在家庭安全系統中安裝的門窗傳感器(圖一)，傳感器安裝在門或窗邊框或外殼上，一個磁性裝置安裝在靠近傳感器的門或窗扇上。當門或窗打開時，傳感器檢測到磁場和無線通訊的狀態以達到安全系統的要求。 ... 圖一：家庭安全系統 磁性傳感器也可以用來計算車輪和儀表的轉動。在工廠裝置中，測量液體流量的流量計，如圖二所示，通常採用磁傳感器來感應推動器的轉動。在自行車上，磁傳感器計算車輪和曲軸的轉動。磁性傳感器也可以用來測量液位使用磁性浮子和一系列傳感器，可以「感知」浮子隨著液位的移動。所有這些應用程式都利用固定表面上的磁性傳感器，並與附近表面上相對於傳感器移動的磁鐵一起工作。 ... 圖二： 磁傳感器在計量中的應用 通常情況物聯網設備需要一個模式選擇撥盤或面板，允許用戶手動選擇適當的模式或電平設置。傳統的實現方法是使用機電觸點，當撥號盤旋轉時開關觸點。然而，隨著時間的推移，電氣工程師們已經發現，機電觸點容易失效。可以用一種非接觸式設計來替代，這種設計在每個模式位置使用磁性傳感器，並使用一塊磁鐵旋轉來激活傳感器。 最後，一個越來越普遍的磁傳感器應用是觸發「通電」功能。特別是對於密封的、小電池驅動的物聯網設備，設計者需要一種方法來保持設備處於「斷電」或「休眠」模式，直到使用者開始使用設備。很好的例子是可穿戴式連續血糖儀，用於測量和傳達身體血糖水平給患者、醫生和胰島素泵(圖三)。 ... 圖三：可穿戴式連續血糖儀 機械開關和電池的「標籤」可以使設備斷電，但是當設備處於惡劣環境中，會對設備造成影響。一種較好的方法是在密封裝置內部使用磁性傳感器，並在裝置外部加上一個小磁鐵，通常嵌入在裝置的保護包裝中。這樣，當設備從包中取出時，也就意味著設備遠離磁場，此時傳感器輸出改變，高低電平的轉換即可讓電路從「關斷」到「打開」設備。這種方法不僅節約了電池的電量，它還為用戶提供「即時」或「開箱即用的體驗」。 所有這些磁性傳感器功能的重要考慮因素包括功率消耗、靈敏度、輸出響應選項、尺寸、可靠性和成本。幾種常見的磁性傳感器選項，每種都有其在物聯網設備方面的優缺點。 干簧管 最簡單的磁性傳感器是干簧管。簧片開關是由兩個黑色金屬「簧片」組成的機電裝置把它拉到導線上，用玻璃管包起來。磁場將兩個簧片拉在一起閉合電路。簧片開關通常用於各種物聯網設備，最引人注目用於安全系統、儀表和植入式醫療設備的門窗傳感器。簧片開關最大的優點是它們是零功耗的無源器件。簧片開關還具有簡單、便宜、靈敏度範圍有限的優點。然而，簧片開關有幾個重要的限制。簧片開關的限制條件之一是尺寸。最常見的簧片開關長度為10mm，這對於一些物聯網設備來說是可以接受的，但對於許多需要傳感器尺寸小於1mm平方範圍的可穿戴和可植入設備來說就不太合適了。更小的簧片開關是可用的，(低至5mm長度)，但它們非常昂貴，很難獲得。簧片開關也可能有較差的可靠性，由於其機械性質和固有的脆性玻璃管設計。過模製的簧片開關通過保護玻璃管和管外導線周圍的密封提高了可靠性，但這增加了成本，也增加了尺寸。 霍爾效應傳感器 另一種經受住了時間考驗的磁傳感器是霍爾效應傳感器。霍爾效應是在導體上產生的電壓差(霍爾電壓)，它與導體中的電流和垂直於電流的外加磁場是橫向的。霍爾效應傳感器是一種固態CMOS技術，具有體積小、可靠性高、成本低等優點。霍爾傳感器最大的缺點是它們的電流消耗。大多數霍爾效應傳感器的電流超過幾微安，這對許多電池驅動的物聯網設備來說是一個問題。 磁阻傳感器 最後一類磁傳感器是磁阻傳感器。基於導體的電阻在磁場中會發生變化的原理，不同的磁阻技術被發展成為磁阻傳感器的基礎。雖然所有這些傳感器都具有固態集成電路、體積小、成本低和可靠性高的優點，但隧穿磁阻傳感器提供了最高靈敏度和最低功耗的組合。TMR傳感器的功耗低至200nA。此外，TMR傳感器是所有MR傳感器中最敏感的，相當於最敏感的簧片開關的靈敏度。高靈敏度的傳感器可以使用更小、更便宜的磁鐵或更長的激活距離。表一總結了簧片開關、霍爾傳感器和TMR傳感器的相對優缺點。在功耗、開關頻率、可靠性、靈敏度、尺寸、抗噪性和成本等方面，TMR傳感器都超過了其他磁敏技術。 表一： 干簧管/HALL/TMR傳感器比較 ... 一旦為您的需求選擇了最佳的傳感器技術，仍然需要決定哪些傳感器輸出、傳感器極性響應、傳感頻率和磁靈敏度適合您的應用。接下來是設計磁性子系統的挑戰。(確定傳感器的方向，磁鐵的位置，以及磁鐵的尺寸和類型，以滿足操作要求和限制成本)。大多數電氣和機械產品設計工程師沒有經驗、知識或工具來正確設計和驗證磁敏設計。在這種情況下，這些物聯網設備設計者應該選擇磁傳感器供應商，他們提供專門的應用工程支持、知識和工具來幫助進行磁感設計過程。 「物聯網」可能是一個行業流行語，但它是一個真實的趨勢，正影響著我們世界各地的許多不同應用程式。雖然磁性傳感器提供了支持物聯網世界中改變生活的設備的技術，但設備設計師必須了解不同類型的好處，以便為他們的設計選擇正確的解決方案。 Coto技術是全球小信號轉換產品的市場領導者，產品應用於自動化測試設備、數據採集、儀器儀表、工藝流程控制、電信、醫療和安全市場。為客戶提供高品質、創新的能力而受到認可小信號開關產品。Coto產品有干簧管，繼電器（固態繼電器和水銀繼電器）和TMR sensor（隧道磁電阻），Coto的繼電器（Relay）產品在ATE（Automated Test Equipment）領域中的出貨量在全球排名第一。 成都邁極芯科技有限公司（www.magic-chips.com）是Coto Technology中國區代理，主營業務包括：推廣Coto全系列產品；基於FPGA（Xilinx或國產FPGA）的核心板設計開發，包括基於客戶需求的定製化。
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