一、簡介

Allegro XtremeSense? TMR 電流傳感器是專為高 dV/dt 應用設計的精密測量設備，具備 ±0.5% FS 的精度和 300 ns 的快速響應時間，支持 1 MHz 帶寬，噪聲低至 9.0 mARMS。它集成 0.5 mΩ 導體，可承受 5 kVRMS 的額定隔離電壓，共模場抑制達到 -54 dB，通過 UL/IEC 62368-1、UL1577 和 IEC 61000-4-5 認證，確保卓越的抗擾性和可靠性。此外，它支持 ±20.0 A 到 ±70.0 A 的多種電流測量范圍，采用 16 引腳 SOIC 寬體封裝，滿足工業(yè)和汽車電子領域的高精度測量需求。

典型應用：

l 功率逆變器

l 不間斷電源、開關電源和電信電源

l 電機控制

l 過流故障保護

二、技術文章

世界各地的許多公司現(xiàn)在都在各自的組合中以TMR為基礎的產(chǎn)品，并承認TMR給他們的產(chǎn)品帶來的優(yōu)勢。

然而，由于TMR是一項相對較新的技術，許多新近的參與者都宣布了基于TMR的產(chǎn)品，因此在TMR的實現(xiàn)和制造方面存在重大差異，這可以從最終產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)中看出。XtremeSense?TMR是Allegro MicroSystems為該品牌開發(fā)的技術名稱。    

有些讀者可能熟悉AMR、GMR或其他可用的TMR傳感器，并可能錯誤地認為所有TMR傳感器都相同。本文旨在幫助讀者了解XtremeSense TMR與其它TMR傳感器的不同之處，包括其制造方式和性能數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方式。  

傳感器的解決方案是什么？    

分辨率數(shù)值指傳感器可分辨的最小磁凈磁場步長。 它由對信噪比（SNR）的評估確定，且不應與ADC分辨率混淆。              

TMR以其高靈敏度而聞名，這意味著為了提高信噪比，需要衰減傳感器噪聲。         這導致了一個多年的內(nèi)部研發(fā)項目，產(chǎn)生了市場上噪音最低的TMR傳感器。              這種低噪聲技術出現(xiàn)在所有基于x極端傳感的傳感器中，并產(chǎn)生行業(yè)領先的高分辨率數(shù)據(jù)，例如：              

?CT110電流傳感器的5 mA，帶寬為30 kHz       

?CT430電流傳感器上的電流為10 mA，帶寬為1 MHz。        

?CT310角度傳感器為0.005度     

圖1：傳感器分辨率

線性誤差有多大？  

TMR傳感器對外部磁場表現(xiàn)出雙曲正切響應曲線。這將導致典型TMR傳感器所表現(xiàn)出的線性誤差，如下所示。

自然，磁場振幅越高，傳感器在響應曲線上的位置越遠，響應的線性度就越低。當傳感器未飽和時，它會失去響應曲線中心處的較大線性數(shù)值。因此，挑戰(zhàn)在于擴展傳感器的線性范圍而不犧牲其他參數(shù)。XtremeSense TMR提供的線性誤差小于0.1%，如下圖所示；這個0.1%的線性誤差只有昂貴的閉環(huán)系統(tǒng)才能達到。

是否存在磁致回線現(xiàn)象？   

在所有鐵磁材料中都存在一種現(xiàn)象，通常稱為“記憶效應”，即滯后現(xiàn)象。然而，這種行為在線性傳感器和角度傳感器中是不需要的。下圖所示為典型的滯后響應曲線，該曲線會產(chǎn)生不必要的偏移和靈敏度變化。但基于XtremeSense的傳感器并非如此。滯后是已知的局限性，可降低基于xMR的產(chǎn)品的適用范圍。下圖顯示了XtremeSense線性傳感器的原始滯后。XtremeSense TMR的滯后數(shù)非常低，因此可以忽略不計。

需要注意的是，一些霍爾效應傳感器包含一個鐵磁性IC集中器，其會產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。下面給出了一個示例：

理想的線性磁傳感器應能檢測其靈敏度軸內(nèi)的磁場，而對正交磁場（也稱為交叉軸磁場）完全不敏感。XtremeSense傳感器對交叉軸場的敏感性極低，如下所示。   

如果將強磁場施加到傳感器上會發(fā)生什么？       

與市場上大多數(shù)x MR傳感器不同，XtremeSense傳感器被設計為能夠在任何磁場振幅下持續(xù)工作而不會造成永久性損壞。材料開發(fā)、沉積條件和工藝工程是實現(xiàn)這一壯舉的關鍵要素。對于基于XtremeSense技術的線性傳感器而言，雖然傳感器不會發(fā)生不可逆故障，并且一旦消除強磁場后，傳感器將恢復正常工作狀態(tài)，但可能會出現(xiàn)偏移。由于這種偏移位移的性質(zhì)是穩(wěn)定的和不可逆的，加上此類事件的罕見性，通常建議重新校準偏移，以消除對總精度的性能影響。    

溫度下的偏移量/增益漂移如何？   

XtremeSense TMR被設計成可在惡劣環(huán)境中運行，包括高達150°C的高溫。材料開發(fā)和布局拓撲結構都經(jīng)過考慮，以減少偏移和增益的溫度漂移。XtremeSense TMR的性能優(yōu)勢使其能夠與具有主動溫度補償功能的霍爾效應傳感器相競爭。當與主動式溫度補償電路結合使用時，基于XtremeSens e TMR的傳感器可實現(xiàn)小于40ppm/C的增益漂移，遠遠超過類似的開環(huán)霍爾效應傳感器，并與高端閉環(huán)電流傳感器相匹配。

這些傳感器如何制造？    

制造過程和TMR材料開發(fā)一樣難以掌握。雖然一些公司和研究實驗室只關注材料，但該團隊一直承認，XtremeSense TMR在標準CMOS工藝中的集成是大規(guī)模市場采用的必要條件。所有xMR技術都使用鎳、鐵和錳等材料，這些材料不是標準的cmos制造材料。此外，TMR層與CMOS電路的其余部分之間的相互作用也需要考慮。XtremeSense TMR是一種CMOS兼容技術；它沉積在金屬層之間，不占用基板上的寶貴空間，也不需要保持區(qū)。

下圖說明了多晶片封裝的復雜性，以及XtremeSense TMR技術所支持的單片解決方案的簡單性：

圖10：采用XtremeSense TMR的多芯片封裝方案與單芯片封裝方案對比

三、相關下載

1、產(chǎn)品手冊

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396062

2、應用筆記

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396065

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396064

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396063

3、設計工具

評估板頁面

https://www.allegromicro.com/zh-cn/products/sense/current-sensor-ics/integrated-current-sensors/ct432#almPackageGridTable

軟件門戶

https://www.allegromicro.com/zh-cn/design-support/current-sensor-evaluation-boards