Angesichts der steigenden Nachfrage nach kompakter, energieeffizienter und hochpräziser Sensorik in der Unterhaltungselektronik, bei Wearables, in der Mobilität und in industriellen Systemen stoßen herkömmliche Magnetometertechnologien an ihre Grenzen. Hall-Effekt-, AMR- und GMR-Sensoren können – obgleich praktisch bewährt – die hohen Anforderungen an die Empfindlichkeit, das Rauschen und den Stromverbrauch neuer Anwendungen nur bedingt erfüllen. Dieser Artikel von Bosch beschreibt, wie die TMR-Technologie (Tunnel Magnetoresistance, magnetischer Tunnelwiderstand), wie sie z. B. im 3-Achsen-Magnetometer BMM350 zum Einsatz kommt, hohe Empfindlichkeiten und ein geringes Rauschen für Anwendungen zur Positionsbestimmung gewährleisten kann.
Der Tunnelmagnetowiderstand (TMR) hat sich nun als bahnbrechende Lösung herausgestellt. Basierend auf der Architektur magnetischer Tunnelübergänge (MTJ) erreichen TMR-Sensoren Magnetowiderstandseffekte (MR) von >100 % – eine Größenordnung höher als bei AMR oder GMR. Dies führt zu einer extrem hohen Empfindlichkeit, einem äußerst geringen Rauschen und einem Stromverbrauch von nur 200 µA bei 100 Hz. Dank ihres spinabhängigen Tunnelmechanismus weisen TMR-Sensoren außerdem ein binärähnliches Ausgabeverhalten auf, was eine präzise Signalerkennung in digitalen Umgebungen ermöglicht.
Hauptvorteile von TMR-Sensoren:
- Hervorragende Empfindlichkeit und Linearität über weite Magnetfeldbereiche
- Minimaler Stromverbrauch für ständig eingeschaltete, batteriebetriebene Designs
- Hohe Robustheit gegenüber Temperaturschwankungen und magnetischen Stößen
- 360°-Sensorfunktion in kompakten Gehäusen
TMR-basierte Sensoren ermöglichen bereits eine genaue Orientierungsverfolgung in AR/VR, eine verbesserte Navigation und Stromerfassung in Mobilitätssystemen sowie eine robuste Positions- und Winkelerkennung in der industriellen Automatisierung. Ihr niedriges Grundrauschen ermöglicht sogar die Messung ultraschwacher Magnetfelder in medizinischen oder geophysikalischen Anwendungsfällen.
Der Bosch Sensortec BMM350: TMR im Einsatz
Als 3-Achsen-Magnetometer auf Basis der TMR-Technologie bietet das BMM350 die beste Leistung seiner Klasse:
- 200 µA Stromaufnahme (100 Hz ODR)
- >70 % weniger Rauschen im Vergleich zu Standard-Hall-Sensoren (x/y-Achse)
- 100-mal höhere Empfindlichkeit als AMR oder Hall
- WLCSP-Paket: 1,28 × 1,28 × 0,5 mm
Eine patentierte „Field Shock Recovery“-Funktion gewährleistet eine zuverlässige Leistung, selbst wenn das Gerät magnetischen Störungen durch Komponenten wie Smartphone-Lautsprecher ausgesetzt ist.
Zu den Anwendungen gehören Head-Tracking in Hearables und AR-Headsets, Orientierungs- und Bewegungserkennung in Smartphones und Tablets, Geschwindigkeitsmessung in E-Bikes und präzise Stromüberwachung in batteriebetriebenen Systemen.
Ausblick
TMR ist nicht nur eine technologische Verbesserung – es ist eine Grundlage für zukunftssichere Sensorik. Angesichts der Tatsache, dass Geräte immer intelligenter und kontextbezogener werden, stellt die TMR-Technologie aufgrund ihrer Effizienz, Präzision und Integrierbarkeit die erste Wahl im Bereich der magnetischen Sensorik für Anwendungen der nächsten Generation dar.
Distributoren: TMR-Technologie – unterstützt durch BMM350 von Bosch Sensortec – ermöglicht Ihren Kunden, schon heute für morgen zu entwerfen.
