IoT市場、産業機器、民生用アプリケーションでは、機器が正確な動きをしたり、適切な判断を下したりできるように、角度を感知するセンサーが必要になることがよくあります。新しいTMR (トンネル磁気抵抗) センサーの1つには、高感度、低消費電力、高直線性、低温度依存性などの利点があります。この記事では、TMRセンサーの特徴と、村田製作所が販売するCrocus Technology TMR角度センサーの製品特徴を紹介します。
磁気抵抗効果は、ストレージおよびセンシング分野に応用できる
TMR (トンネル磁気抵抗) とは、磁気トンネル接合 (MTJ) で発生する磁気抵抗効果を指します。これは、2つの薄い絶縁体と、それらの分離された強磁性体から構成されるコンポーネントです。薄い絶縁層（通常は数ナノメートル）の場合、電子は一方の強磁性体から反対側へトンネルすることができます。トンネル抵抗は両側の強磁性体の相対的な方向によって変化します。磁気抵抗効果は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ (MRAM) やハードディスクの磁気読み書きヘッドの科学的根拠であり、センシングの分野でも使用されています。
TMR磁気センサーは、誘電体バリアによって分離された固定層と自由 (センス) 層で構成されています。外部磁場が変化すると、センシング層の磁化の大きさと方向が変化し、MTJ抵抗が変化します。ただし、TMR角度センサーとTMRリニア磁気センサーには重要な違いがあります。TMR磁気センサーは通常、TMR特性の線形範囲で動作しますが、角度センサーは飽和領域で動作します。言い換えれば、センス層の磁化は常に最大限に保たれ、外部磁場の角度が変化すると方向ベクトルも変化します。この方法の明らかな制限は、角度センサーが低磁場では動作できないことです。一般的な角度センサーの動作磁場範囲は25 mT ～ 90 mTです。
抵抗の変化を感知して角度を検出する
TMR効果は、材料スタック (強磁性合金を含む) の抵抗変化に現れます。TMRスタックの抵抗は、センス層と固定層の間の角度に直接関係します。したがって、抵抗の変化を検出することで角度を検出することができます。他の技術と比較して、TMR技術には360° フル回転識別など多くの利点があります。角度にのみ敏感で、外部磁場の強度には敏感ではありません。また、非接触システムなので、機械的な摩耗や損傷は発生しません。ほこりや汚れから遠ざけることができ、機械的な振動の影響を受けません。
TMRテクノロジーに基づくセンサーは比較的新しいものですが、さまざまな産業および自動車用途に導入されています。これらのアプリケーションでは、角度センサーに代表されるモーター シャフトやノブの角度、速度、方向の位置検知など、回転する機械構造の監視が必要です。TMR磁気センサーは、磁気測定の原理、高感度、低ノイズのため、ステアリング角度測定、ブラシレス直流 (BLDC) モーターのモーター通信のローター位置測定、車輪速度測定用の速度検知 (ABSセンサー)、方向情報によるクランクシャフト速度と位置検知に非常に適しています。
低消費電力、高感度、極度の温度環境に適した高精度センサー
クロッカステクノロジーが発表した磁気センサー製品は、革新的な特許取得済みのXtremeSenseをベースにしています。® TMRテクノロジー。独自のCMOSリソグラフィ印刷技術 (完全に統合されたモノリシック プロセス) により、広い温度範囲で高感度と低ノイズを実現できます。これらの磁気センサーは、高い磁気検知性能を備えているだけでなく、高温と高信頼性、小さなフットプリント、電流と熱の分離、高周波動作、低消費電力などの特徴も備えています。優れた堅牢性と安定したパフォーマンスを提供し、IoT分野や産業用アプリケーションに最適な検出ソリューションとなります。
この論文で紹介するCrocus TMR角度センサー (2Dセンサー) は、磁場に敏感な8つのTMR抵抗器で構成されています。各抵抗器は複数のMTJ (TMR素子) で構成されており、均一な磁場角度の正確な測定を実現します。優れた機能特性により、ノブ、エンコーダー、モーター/モーション制御など、精度と迅速な応答が重要となるさまざまな動作環境やアプリケーションに最適です。
高性能フルブリッジTMR角度センサー
Crocus Technologyが発表したCT310は、Xtreme Sense™ テクノロジーによって開発されたフルブリッジ角度センサーです。角度センサーの動作磁場範囲は25mT～90mTで、0～360°の非接触角度測定が可能です。° °全動作温度範囲で補正した後、角度誤差は0.30° まで低下します。同時に、1.0V～5.5Vの動作電圧範囲で動作し、正弦（SIN）軸と余弦（COS）軸の差動出力も提供します。
CT310センサーはデュアル フルブリッジ抵抗列を採用し、8ピンTSSOPパッケージにパッケージ化されており、空間の問題を最初に考慮する必要があるアプリケーション分野で使用できます。さらに、寸法が2.00 x 2.00 x 0.45mmの小型軽量8ピンDFNパッケージもあります。
リニア センサーとは異なり、CT310は飽和モードで動作するため、外部磁場がパフォーマンスにほとんど影響を与えず、温度範囲全体で優れた安定性を実現します。産業用バージョンは -40°C ～ 85°Cの範囲で動作できます。拡張産業バージョンは -40°C ～ 125°Cをサポートします。角度測定、回転角度センサー、ブラシレスDCモーターなどに幅広く使用できます。
結論
Crocus Technologyが導入したTMRベースの2D角度センサーは、古い磁気2Dセンサーに代わる最適な選択肢です。このソリューションは、CMOSの高度な統合能力によりモノリシックICをサポートでき、消費電力が最も低く、角度誤差が少なく、コスト効率が高いという利点があります。これは、産業用および消費者向け製品における角度検知アプリケーションにとって最適な選択肢の1つとなります。