Wer unsere Gaming-Teardowns der letzten Jahre verfolgt hat, weiß: Wir haben eine klare Meinung zu Joysticks. Immer wieder haben wir Controller verschiedener Hersteller auseinandergenommen, nur um dann enttäuscht festzustellen, dass selbst in futuristisch anmutender Gaming-Hardware das altbekannte Stick-Design (Sprich: Potentiometer) steckt.
Das Problem mit Potentiometern ist nicht, ob sie kaputt gehen, sondern wann. Ein dünner Metallschleifer im Joystick schiebt sich über einen gedruckten Kohlefilmwiderstand hin und her. Wenn du den Joystick neigst, gleitet der Wischer auf der Schiene entlang, verändert den Widerstand und die Spannung und bewegt deine Spielfigur über den Bildschirm. Dieses System hat gleich mehrere Schwachstellen: Die Sensoren nutzen sich ab, die Federn ermüden, Kunststoff dehnt sich, Schmutz oder Plastikstaub blockiert die Sensoren. Egal, welches dieser Phänomene zuerst auftritt: Der dauernde physische Kontakt fordert unweigerlich seinen Tribut.
Kontaktlos ist das Ziel
Wenn also physischer Kontakt das Problem ist, liegt die Lösung auf der Hand: kontaktlos werden. Drahtlos ist eindeutig der Weg in die Zukunft der Sensorik. Statt eines Schleifers auf einer Widerstandsbahn wird ein kleiner Magnet am Joystickschaft befestigt und ein Sensorchip auf der Platine darunter platziert. Wenn du den Joystick neigst, bewegt sich der Magnet, der Sensor liest das sich verändernde Magnetfeld und der Controller weiß, wo du hinwillst.
Deshalb haben wir Hallsensor-Joysticks als die Zukunft der Stick-Technik bezeichnet, auch wenn das eigentlich jahrzehntealte Technologie ist. Wir haben sie ins Sortiment aufgenommen, wir haben sie empfohlen und wir haben eine Wikiseite darüber geschrieben, wie sie funktionieren. Inzwischen könnte dir aber aufgefallen sein, dass in unserem Onlineshop mehr TMR-Stick-Optionen zu finden sind als Varianten mit dem Hall-Sensor. Was also ist TMR und warum verdrängt es den Hall-Sensor?
Auftritt: TMR
TMR steht für Tunnel Magnetoresistance. Der Aufbau ist derselbe wie beim Hall-Effekt, es geht nur um die Magnete. Im Inneren des Sensorchips geschieht jedoch etwas grundlegend anderes. Statt die Spannung durch abgelenkte Elektronen zu messen, erfasst ein TMR-Sensor, wie leicht Elektronen durch eine extrem dünne Barriere hindurchtunneln, je nachdem, in welche Richtung ein Magnet zeigt.
Ja. Quantenphysik. Eines der seltsamsten Phänomene der Physik in deinem Controller. Also: Rein in den Tunnel.
Der Quantenteil (Bleib dran)
In der Alltagswelt, in der wir uns bewegen, gilt: Eine Wand ist eine Wand. Wirfst du einen Ball dagegen, prallt er zurück.
Elektronen spielen nach anderen Regeln. Auf Quantenebene verhalten sich Teilchen wie Wellen. Und wenn so eine Welle auf ein Hindernis trifft, wird sie nicht einfach gestoppt. Stattdessen klingt sie langsam ab und kann auf der anderen Seite wieder auftauchen. Ist die Barriere dünn genug – etwa ein bis zwei Nanometer – besteht tatsächlich eine Chance, dass ein Elektron hindurchtunnelt und auf der anderen Seite wieder erscheint. Es ist nicht drüber gesprungen. Es hat sich nicht durchgeboxt. Es ist einfach… durchgekommen. Wie ein Gespenst, das durch Wände gehen kann. Gruselig! Aber nützlich.
Denn: Nicht alle Elektronen tunneln gleich gut. Entscheidend ist eine quantenmechanische Eigenschaft namens Spin.
Wenn Elektronen drehen: Der Spin macht den Unterschied
Jedes Elektron besitzt eine intrinsische magnetische Eigenschaft, den sogenannten Spin. Du kannst dir das wie einen winzigen Kompass vorstellen, der entweder „nach oben“ oder „nach unten“ zeigt. In magnetischen Materialien wie den Eisen-Kobalt-Legierungen in TMR-Sensoren sind mehr Elektronen in die eine Richtung ausgerichtet als in die andere. Dieses Ungleichgewicht nennt man Spinpolarisation und genau das ist die Grundlage der Messung bei der Sensortechnologie.
Ein TMR-Sensor ist im Kern ein winziger Schichtaufbau, eine sogenannte magnetische Tunnelkontakt-Struktur (Magnetischer Tunnelwiderstand). Sie besteht aus drei extrem dünnen Lagen:
- Fixierte Schicht: Magnetisch fest in eine Richtung ausgerichtet – dein Referenzpunkt
- Tunnelbarriere: Eine ultradünne Isolationsschicht (z. B. Magnesiumoxid), durch die die Elektronen tunneln
- Freie Schicht: Ein Magnetfilm, der auf äußere Magnetfelder reagiert und seine Ausrichtung entsprechend verändert. Die Schicht, die sich bewegt, wenn du den Stick bewegst.
Die beste Analogie sind polarisierte Sonnenbrillen. Wenn du zwei Sonnenbrillen so übereinanderlegst, dass die Brillengläser in die gleiche Richtung ausgerichtet sind, kommt das Licht problemlos durch und du siehst klar. Wenn du eine der Brillen um 90° drehst, wird es dunkel.
Beim TMR-Sensor übernimmt der Elektronenspin diese Rolle: Zeigen beide Magnetschichten in dieselbe Richtung, tunneln Elektronen leicht durch die Barriere (geringer Widerstand). Zeigen sie in entgegengesetzte Richtungen, werden Elektronen blockiert (hoher Widerstand). Und da sich der Widerstand analog zum Winkel zwischen den Schichten ändert, bekommst du ein sauberes, durchgehendes Signal, wenn du den Stick bewegst.
Daraus ergibt sich folgender Aufbau: Ein Magnet sitzt auf der Stickachse. Du bewegst den Stick, der Magnet verändert das Feld am Sensor. Die freie Schicht richtet sich neu aus, der Widerstand ändert sich – und der Chip weiß, wohin du zielst. Wenn zwei Sensoren eingesetzt werden, sind sowohl die X- als auch die Y-Achse abgedeckt.
Das ist TMR: Quantentunneln, gesteuert über den Elektronenspin – übersetzt in ein elektrisches Signal, das die Position deines Joysticks beschreibt. Nobelpreis-Physik fürs Gaming.
Warum TMR die bessere Wahl ist
Ein Hall-Sensor erzeugt ein winziges Signal. Wir reden von Mikrovolt. Das ist, als würdest du versuchen, jemanden durch lautes Rauschen flüstern zu hören. Das Signal muss verstärkt werden – das kostet Strom, erzeugt noch mehr Rauschen und eine stärkere Anfälligkeit für Temperaturschwankungen.
Ein TMR-Sensor, der dasselbe Magnetfeld misst, liefert dagegen ein deutlich stärkeres Signal. Oder anders gesagt: Die Person spricht in normaler Lautstärke direkt neben dir. Du verstehst alles problemlos, ohne dass du die Lautstärke aufdrehen musst.
Diese Signalstärke zahlt sich aus: mehr Präzision, geringerer Stromverbrauch und eine bessere Resistenz gegenüber magnetischen Störfeldern. TMR liefert ein saubereres, stabileres Signal – mit engeren Totzonen, weniger Zittern und insgesamt weniger Rauschen. GuliKit gibt den Stromverbrauch seiner TMR-Sensoren mit 0,1 bis 0,3 Milliampere an, gegenüber 0,5 bis 2 Milliampere bei linearen Hall-Sensoren. Bei kabellosen Controllern bedeutet das tatsächlich spürbare – wenn auch moderate – Zugewinne bei der Akkulaufzeit.
Und noch ein Vorteil: TMR-Sensoren lassen sich deutlich weniger von zusätzlichen Magneten im Controller aus dem Takt bringen – etwa durch Haptikmotoren oder Magnet-Trigger. In unserem Switch-2-Teardown haben wir bereits angemerkt, dass Hall-Sensoren mit der neuen magnetischen Schienenbefestigung möglicherweise Probleme bekommen könnten. TMR kommt mit Streufeldern deutlich besser zurecht.
TMR ist im Moment noch DIY
Es gibt eine Menge gute Argumente für TMR-Sticks. Und die Technologie ist auf dem Vormarsch: Valves kommender Steam Controller setzt auf TMR, ASUS hat sich mit GuliKit zusammengetan, um offizielle TMR-Austauschmodule für den ROG Ally zu entwickeln, und immer mehr Controller von Drittanbietern werden bereits mit TMR ausgeliefert.
Trotzdem haben wir auch schon bei unserem Switch-2-Teardown festgestellt, dass keiner der drei großen Konsolenhersteller bisher TMR oder Hall-Sensor eingeführt hat. Die aktuell beste Joystick-Technologie bekommst du also nur bei Drittanbietern oder als Ersatzteil.
Das heißt konkret: Wenn du TMR in deinem DualSense oder deinen Joy-Cons willst, musst du den Controller selbst öffnen und nachrüsten. Genau dafür gibt es unsere GuliKit-TMR-Austauschmodule. Die Zukunft beginnt jetzt – und die Kraft des Quantentunnelns liegt buchstäblich in deinen Händen.
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