地磁传感器

2. 地磁传感器的工作原理
• 角度测量原理 三角公式计算角度。
Z
（X1，Y1，Z1）
θ 0
（X2，Y2，Z2）
X
Y
3. 各种方案的对比介绍
• 1 AK8973/AK8973S/AK8973B
⑴ Supply voltage: AVDD 2.5~3.6V DVDD 1.7~AVDD ⑵ Interrupt: approve ⑶ Temperature range: -30~85℃ ⑷ Current consumed: 0.8mA average ⑸ Sleep current: 0.2uA typical 5uA maximal ⑹ Measurement range: -20~+20 guass ⑺ Linearity: / ⑻ ADC: ADC+DAC (8Bit) special topology ⑼ Sensitivity: 0.16uT/LSB ⑽ Package: 2.5*2.5*0.5 mm
0.5%F I2C S
封装 价格
2.5*2.5* 1.5~ 0.5mm 1.6$
3*3*1 1.3$ mm
1.66* 1.5$ 1.66*1
mm
4*4*
3$
1.36mm
3.5*4* 1.3$ 1.03mm
3. 各种方案的对比介绍
综上所述，可以看出，从工作电压、功耗、灵敏度以 及自动恢复能力等方面综合评价来看，HMC5843的性能要 优秀一些，但是其价格和体积也要大一些，其次是AMI304 的性能也比较优秀，可供选择。
Z - a x is Y - a x is
X - a x is
X - a x is
Z- a x is
Y -a xis
2. 地磁传感器的工作原理
• 目前，可用于检测地磁场分布变化的技术原理主要有： ①磁阻效应：当沿着一条长而且薄的铁磁合金的长度方向施
加一个电流，在垂直于电流的方向施加一个磁场，则合金 带自身的阻值将会发生变化，此阻值变化的大小与磁场和 电流的大小密切相关。 ②霍尔效应：通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用 下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷的积累而出现 电势差。 ③电磁感应：线圈切割地磁场的磁力线则将在线圈的两端产 生感应电动势。 ④AMR(相异性磁力阻抗感应) ⑤GMR(巨磁)效应
• 地磁传感器是一类利用被测物体在地磁场中的运动状态不 同，通过感应地磁场的分布变化而指示被测物体的姿态和 运动角度等信息的测量装置。
• 三类不同传感器的区别
①G-sensor
线性加速度
②陀螺仪
角速度
③地磁sensor 角度
2. 地磁传感器的工作原理
• 由于被测设备在地磁场中处于 不同的位置状态，地磁场在不同 方向上的磁通分布是不同的，地 磁sensor就是通过检测三个轴线 上磁场强度的变化而指示被测设 备的状态的。
5. 应用分析
• 由于硬体干扰引入的失 调所导致的测量误差。
• 自动校准算法
5. 应用分析
• 校准的操作
5. 应用分析
谢谢！
• IC结构
2. 地磁传感器的工作原理
• AMR & Wheatstone Bridge
2. 地磁传感器的工作原理
• AMR（相异性磁力阻抗感应） 具有一定方向的初始磁偏置，在外磁场的作用下，两对
阻抗一个变大一个变小,检测电路通过检测这一对阻抗变化的 差值，输出一个大小与外磁场成比例的检测电压。
2. 地磁传感器的工作原理
• 工作模式 ①power-down mode ②sensor measurement mode ③E2PROM access mode
2. 地磁传感器的工作原理
各种模式之间的转换
2. 地磁传感器的工作原理
• Register Map
2. 地磁传感器的工作原理
• E2PROM Memory Map
地磁传感器的工作原理?amr相异性磁力阻抗感应具有一定方向的初始磁偏置在外磁场的作用下两对阻抗一个变大一个变小检测电路通过检测这一对阻抗变化的差值输出一个大小与外磁场成比例的检测电压
地磁传感器
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1. 地磁传感器的应用 2. 地磁传感器的工作原理 3. 各种方案的对比介绍 4. 实现方式 5. 应用分析
2. 地磁传感器的工作原理
• 自旋电子与GMR(巨磁)效应 GMR纳米结构多层膜的电阻
随外磁场的变化而变化，而且具有 很高的灵敏度。
2. 地磁传感器的工作原理
• GMR效应
①电子的自旋取向与铁磁层磁化方向相同时， 电子所受到的散射较小，电子比较容易通过 通路，反之，则受到的散射较大，不太容易 通过通路。 ②当相邻的铁磁层磁化方向是反向平行时， GMR纳米结构薄膜之间呈高阻态。 ③当外磁场较大时，铁磁层被磁化为同一个方 向，GMR纳米结构薄膜之间呈低阻态。
恢复； • ③ 在器件选型时，除了sensor本身的性能外还要
重点关注一下其校准和数据处理的算法实现； • ④在layout时，应严重关注磁性元件和较强电流
走线对于地磁sensor的影响；
5. 应用分析
• Layout guideline
5. 应用分析
• 有关地磁传感器使用中的校准问题
手机主板上磁场的非均匀分布
2. 地磁传感器的工作原理
• 霍尔效应
①Hall感应器能够检测半导体Hall薄膜的电压差VH； ②结构比较简单，易于实现； ③差分的实现方式； ④失调的消除很重要。
2. 地磁传感器的工作原理
• 磁阻效应
①Z轴sensor的实现与高度的问题； ②sensor需要高精度的驱动电路。
2. 地磁传感器的工作原理
测量 范围
-20~ +20 guass
-2~+2 guass
-3~+3 guass
灵敏 度 0.16u T/LSB
0.2uT/ LSB
0.5uT/ LSB
线性 度 /
0.1%F S /
接口 I2C
I2C 兼容 I2C
0.8 -4~+4 mA guass
0.25 -6~+6 mA guass
0.1%F I2C S
• 导航应用 盲区导航
1. 地磁传感器的应用
• 电子指南针
1. 地磁传感器的应用
• 游戏应用
1. 地磁传感器的应用
• 手势及姿态识别 快捷输入
1. 地磁传感器的应用
• 其它 旋转地图 模拟棒(网球、指示) 赛车类游戏
1. 地磁传感器的应用
市面上应用地磁传感器的特效介绍
2. 地磁传感器的工作原理
M I-s ens or data
1.0u F
LD O
AVDD GNDA
PGA
ADC
DVDD
Z ero point V oltage
adjus tm ent
T em perature sensor
L o g ic circu it
S erial ( I² C )
GNDS IN T
DRDY SCL SDA
3. 各种方案的对比介绍
• 此外，在地磁sensor选型时还应该适当注意以下指标： ①little temperature drift ②fast response time ③small error&noise ④high sensitivity
• 硬件实现
4. 实现方式
DVDD AVDD
0.4 7 u F VD(step-counter) ② 导航应用
盲区导航（过隧道，地下商场） 驴行天下 （electronic compass） ③ 游戏应用 ④ 手势及姿态识别 ⑤ 其它
1. 地磁传感器的应用
• 健身计划 计步器 健身操 calorie measurement
1. 地磁传感器的应用
⑾ Cost: 1.5~1.6＄
3. 各种方案的对比介绍
• 2 MEMSIC MMC312XMR
⑴ Supply voltage: AVDD 2.7~5.25V ⑵ Interrupt: negative ⑶ Temperature range: -40~85℃ ⑷ Current consumed: 0.55mA ⑸ Sleep current: 1uA ⑹ Measurement range: -2~+2 guass ⑺ Linearity: 0.1%FS (±1 guass) ⑻ ADC: 11bit ADC ⑼ Sensitivity: 0.2uT/LSB ⑽ Package: 3*3*1 mm
⑾ Cost: 1.5＄
3. 各种方案的对比介绍
• 4 HMC5843
⑴ Supply voltage: AVDD 2.5~3.3V DVDD 1.62~2 ⑵ Interrupt: negative ⑶ Temperature range: -30~85℃ ⑷ Current consumed: 0.8mA ⑸ Sleep current: 2.5uA ⑹ Measurement range: -4~+4 guass ⑺ Linearity: 0.1%FS ⑻ ADC: 12Bit ⑼ Sensitivity:±0.2% /guass ⑽ Package: 4*4*1.36 mm
⑾ Cost: 3＄
3. 各种方案的对比介绍
• 5 AMI304
⑴ Supply voltage: AVDD 2.4~3.6V DVDD 1.7~AVDD ⑵ Interrupt: approve ⑶ Temperature range: -20~85℃ ⑷ Current consumed: 0.25mA ⑸ Sleep current: 1uA ⑹ Measurement range: -6~+6 guass ⑺ Linearity: 0.5%FS ⑻ ADC: 12Bit ⑼ Sensitivity: 600LSB/guass ⑽ Package: 3.5*4*1.03 mm
2. 地磁传感器的工作原理
• 电磁感应
2. 地磁传感器的工作原理
• 基于电磁感应原理的地磁sensor特点： ①结构比较复杂，不利于实现； ②结构原因，不能完全消除失调； ③尤其需要注意的是：基于电磁感应原理的地磁sensor与其
它地磁sensor的主要区别在于，电磁感应原理的地磁 sensor其工作条件不仅要求要有磁场的存在而且还要有切 割磁场的运动，与被测物的运动速度密切相关，在便携式 产品中应用极少。
2. 地磁传感器的工作原理
• Block diagram
NC
X- a x is
M I -se n so r
NC
Y- a x is
M I -se n so r
Z -a xis M I -se n so r
Vpp
R O M for F ac tory c alibration
VREG
C hannel s w itc h For
⑾ Cost: 1.3＄
AK 8973
工作 电压
2.5~ 3.6V
工作 原理
Hall effect
MMC 312X
YAS 5225
2.7~ 5.25V
2.5~ 3.3V
AMR GMR
HMC5 843
AMI 304
2.5~ 3.3V
2.4~ 3.6V
AMR
MI effect
工作 功耗 0.8 mA
0.55 mA 3.3 mA
sensor SCL
0.0 1 u F 4.7k 4.7k
Master
V ID
SDA
controller
GNDA DRDY
VPP IN T
VREG
NC
GNDS
• 处理过程
4. 实现方式
5. 应用分析
• ①关于较强的磁场对于地磁场感应的影响； • ② sensor在受到较强磁场的影响后是否可以自动
⑾ Cost: 1.3＄
DVDD 1.62~5.25V
3. 各种方案的对比介绍
• 3 YAMAHA YAS5225
⑴ Supply voltage: 2.5~3.3V ⑵ Interrupt: negative ⑶ Temperature range: -20~85℃ ⑷ Current consumed: 10mW (3V) ⑸ Sleep current: 30uW (3V) ⑹ Measurement range: -3~+3 guass ⑺ Linearity: / ⑻ ADC: / ⑼ Sensitivity: 0.5uT/LSB ⑽ Package: 1.66*1.66*1 mm