Buder, A. (2014). Fundamental thermal jitter in XMR sensors [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/158601
In modernen Antiblockiersystemen (ABS) werden als neuartige Rad-Drehzahlmesser GMR Sensoren eingesetzt, welche sich gegenüber den herkömmlicherweise verwendeten Hall-Sensoren durch höhere Empfindlichkeit auszeichnen. Das Ziel dieser Arbeit war es, das Jitter-Verhalten von GMR Sensoren zu analysieren und zu dokumentieren. Als Modell der Magnetisierung der Sensoren diente das Stoner-Wohlfarth Modell, dessen exakte Lösung mit einem von den Kollegen Florian Bruckner und Pietro Palmesi entwickelten Computerprogramm berechnet wurde. Untersucht wurden Abhängigkeiten von Temperatur, Feldfrequenz, Stoner-Wohlfarth eilchenzahl sowie Ausrichtung der leicht magnetisierbaren Achse (easy axis) der Teilchen. Wir fanden heraus, dass derartigen Sensor Designs ein fundamentaler Jitter anhaftet, der stark temperaturabhängig ist. Durch thermische Energie ist es den Stoner-Wohlfarth Teilchen in bestimmten Feldbereichen möglich, auf nicht-deterministische Weise, den Magnetisierungszustand zu ändern, was zu Schwankungen in den Magnetisierungsperiodendauern und somit zu Jitter führt. In der folgenden Arbeit werden die verschiedenen Ausprägungen dieses fundamentalen Jitters qualitativ untersucht, sowie Konzepte vorgestellt wie dieser Jitter unter bestimmten Umständen unterdrückt werden kann.
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In modern automotive applications such as anti-lock braking systems (ABS), GMR sensors are used as novel wheel-speed sensors, which are characterized by higher sensitivity compared to the currently used Hall sensors. The goal of this work was to analyze and document the jitter characteristics of GMR sensors using the Stoner-Wohlfarth model for the magnetization of the sensor elements. The exact solution of the Stoner-Wohlfarth magnetization was provided by a computer program developed by my colleagues Florian Bruckner and Pietro Palmesi. We looked at various jitter dependencies such as temperature, field frequency and Stoner-Wohlfarth particle number as well as the alignment of the particle easy axis. We found that sensors of this sort exhibit fundamental jitter which is strongly dependent on temperature. In certain field ranges, thermal energy enables the particles to switch magnetization states in a non-deterministic way, which leads to aperiodicies in magnetization period lengths and consequently to jitter. In the following work, we investigate the various aspects of this fundamental jitter as well as introduce concepts to suppress the jitter under certain circumstances.
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