磁傳感器在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中發(fā)揮著越來越重要的作用，因此要想設(shè)計出*佳、*有效/*具成本效益的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，人們必然要充分了解這些傳感器的優(yōu)勢和劣勢。下面我們討論三種*流行的磁性技術(shù)。
無線技術(shù)的*新研究使得低成本、低功耗的SoC（片上系統(tǒng)）可以支持多種無線協(xié)議，如藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave和Ant+。通過這些SoC，開發(fā)人員可以在家庭、商業(yè)、工廠和環(huán)境中設(shè)計設(shè)備，以及在人體和動物體內(nèi)作植入，以此感知環(huán)境并通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。我們通常把這種設(shè)備稱為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備。在IoT設(shè)備中常用到三種類型的磁傳感器，它們分別是TMR（隧道磁阻）傳感器、裸簧 片開關(guān)和霍爾傳感器。研發(fā)人員在決定為其設(shè)計選擇哪種磁傳感器時，他們應(yīng)該知道選擇的方法是什么。
磁傳感器在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中發(fā)揮著越來越重要的作用，下面讓我們看一些例子。
接近感應(yīng)是磁傳感器的常用方法。典型的例子是家庭**系統(tǒng)中常見的門窗傳感器（如圖1）。當(dāng)把傳感器安裝在門、窗框或外殼上時，磁鐵安裝在傳感器附近的門或窗框上。當(dāng)門或窗打開時，傳感器檢測不到磁場就將狀態(tài)通過無線傳輸傳送到**系統(tǒng)基站。
磁傳感器也能用來計算車輪和儀表的旋轉(zhuǎn)。在工廠設(shè)置中，測量液體流量的流量計（圖2）通常利用磁傳感器來感測葉輪的旋轉(zhuǎn)。而在自行車上，磁傳感器被用來計量車輪和曲軸的旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)磁傳感器用作磁性浮子和一系列傳感器共同測量液位時，這些傳感器可以隨著液位移動而感應(yīng)浮子。這些應(yīng)用都是利用固定表面上的磁傳感器與附近表面上的磁體一起工作，而其中磁體和傳感器是相對移動的這個原理。
通常，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要模式選擇撥盤或擋板，允許用戶手動選擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ交蛟O(shè)置級別。傳統(tǒng)的實現(xiàn)方法是使用機(jī)械觸點，在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時打開和關(guān)閉。然而，隨著時間的推移，電氣工程師發(fā)現(xiàn)機(jī)電觸點容易發(fā)生故障，可以用非接觸式的設(shè)計來替代，在每個模式位置使用磁性傳感器和旋轉(zhuǎn)的磁鐵來激活傳感器。
*后，觸發(fā)“通電”功能已成為越來越常見的磁傳感器應(yīng)用。特別是對于密封的、小型電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，設(shè)計人員需要用一種方法使得設(shè)備在用戶主動干預(yù)之外的情況下保持“關(guān)機(jī)”或“休眠”模式。一個很好的例子是可穿戴式連續(xù)血糖儀，用于測量并在患者、醫(yī)生和胰島素泵之間反饋血糖水平（圖3）。
機(jī)械開關(guān)和電池“標(biāo)簽”可以使設(shè)備斷電，但缺點是它們也使設(shè)備的電子裝置易受惡劣環(huán)境的影響。*好的方法是在密封裝置內(nèi)部使用磁傳感器，該磁傳感器與裝置外部的小磁鐵耦合，通常嵌入到裝置的保護(hù)性包裝中。這樣，當(dāng)從包裝中取出設(shè)備時（并且同時遠(yuǎn)離磁體的磁場），傳感器輸出改變并且由電路“打開”設(shè)備。這種方式不僅可以節(jié)省電池電量，還能為用戶提供“即時開啟”或“開箱即用體驗”。
磁傳感器性能的重要考慮因素包括功耗、靈敏度、輸出響應(yīng)、尺寸、可靠性和成本。在幾種常見的磁傳感器中，每種選擇都有其與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相關(guān)的優(yōu)缺點。
*簡單、*長的磁傳感器是古老的裸簧開關(guān)。簧 片開關(guān)是一種機(jī)電裝置，由兩個黑色金屬“簧 片”組成，每個金屬簧 片與導(dǎo)線相連，封裝在玻璃管內(nèi)。磁場把兩個簧 片拉到一起，形成一個回路?；?片開關(guān)常用于各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，尤其是用于**系統(tǒng)、儀表和植入式醫(yī)療設(shè)備的門窗傳感器。
簧 片開關(guān)*大的優(yōu)點是自身作為無源器件是不消耗功率的，此外它很簡單、價格較低，并且靈敏度范圍有限。盡管如此，簧 片開關(guān)卻有幾個明顯的局限性?；?片開關(guān)的限制之一是尺寸。*常見的簧 片開關(guān)長度為10毫米，對于某些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是可接受的，但對于許多需要小于1毫米平方范圍的傳感器尺寸的可穿戴和植入式設(shè)備則不太合適。
更小的簧 片開關(guān)（長度小至5mm）是非常昂貴且難以獲得。由于其機(jī)械特性和玻璃管設(shè)計固有的脆弱性，簧 片開關(guān)的可靠性較差。包覆成型的簧 片開關(guān)通過保護(hù)玻璃管和離開管子的引線周圍的密封件來提高可靠性，但這卻增加了成本和尺寸。
另一種經(jīng)受時間考驗的磁傳感器類型是霍爾效應(yīng)傳感器。霍爾效應(yīng)是在電導(dǎo)體上產(chǎn)生電壓差（霍爾電壓），與導(dǎo)體中的電流和垂直于電流的外加磁場交叉。
作為固態(tài)CMOS技術(shù)，霍爾效應(yīng)傳感器體積小，可靠性高且成本低?；魻杺鞲衅鞯?大缺點是比較消耗電流。大多數(shù)霍爾效應(yīng)傳感器要消耗超過幾微安（μA）的電流，這對許多電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而言是個難題。
*后一類磁傳感器是磁阻（MR）傳感器?；诖嬖诖艌龅那闆r下導(dǎo)體的電阻將改變的原理，不同的磁共振技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為磁共振傳感器的基礎(chǔ)。
盡管所有這些傳感器都具有固態(tài)集成電路的優(yōu)點、體積小、成本低和可靠性高的特點，但隧道磁阻（TMR）傳感器實現(xiàn)了*高靈敏度和*低功率的組合。由于功耗低至-200nA以下，TMR傳感器代表了電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要磁傳感器功能的一種范式轉(zhuǎn)變。此外，TMR傳感器是所有MR傳感器中*靈敏的，相當(dāng)于*靈敏的簧 片開關(guān)的靈敏度。而高靈敏度傳感器可以使用更小、更便宜的磁鐵或更長的激活距離。
表1總結(jié)了簧 片開關(guān)、霍爾傳感器和TMR傳感器的相對優(yōu)缺點。 在功耗、開關(guān)頻率、可靠性、靈敏度、尺寸、抗噪性和成本方面，TMR傳感器相比其他磁傳感技術(shù)是處于優(yōu)越地位的。
一旦選擇了*適合您需要的傳感器技術(shù)，還需要決定以哪個傳感器輸出、傳感器極性響應(yīng)、感應(yīng)頻率和磁靈敏度等。然后是設(shè)計磁子系統(tǒng)所要面對的挑戰(zhàn)。（確定傳感器的方向、磁鐵的位置、磁鐵的尺寸和類型，以滿足操作要求和限制成本）。
大多數(shù)電氣和機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計工程師沒有經(jīng)驗、知識或工具來正確設(shè)計以及驗證磁感應(yīng)設(shè)計。在這種情況下，這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計師應(yīng)選擇能提供專業(yè)應(yīng)用工程支持、知識和工具的磁傳感器供應(yīng)商，來幫助進(jìn)行磁傳感器的設(shè)計。
“物聯(lián)網(wǎng)”或許是一個行業(yè)流行詞，但它更是一個非常真實的趨勢，觸及了我們生產(chǎn)生活上許多不同的應(yīng)用。雖然在萬物互聯(lián)時代磁傳感器變革了人類生產(chǎn)生活設(shè)備中的技術(shù)，但設(shè)備設(shè)計人員必須了解不同類型的優(yōu)勢，這樣才能為其設(shè)計選擇*佳的解決方案。