揭秘纳芯微磁传感器出货超亿颗的秘密!

发布时间:2024-07-24 11:29
作者:AMEYA360
来源:网络
阅读量:2213

  磁传感器是传感器中重要的品类,是电流传感、接近传感、线性位置检测、转动速率检测、旋转位置检测等传感器主要实现方式之一,在汽车、工业、能源和消费电子等领域有着广泛的应用。根据贝哲斯咨询的统计数据,2022年全球磁传感器市场规模为224.25亿元(人民币),预计到2028年将达到463.32亿元,2023-2028期间的年均复合增长率(CAGR)高达12.83%。

       过往,人们提到磁传感器,主要讨论的都是几家国际厂商。随着终端市场对磁传感器需求爆发,国产磁传感器厂商紧抓这波机遇,目前已经初见规模。根据纳芯微最新发布的2023年业绩报告,其传感器产品营收实现逆势增长,2023年实现营业收入16575.26万元,同比增长49.18%。纳芯微磁传感器技术市场经理谢奔在和记者交流时表示,“当前纳芯微磁传感器产品出货量已经超过1亿颗,汽车和工业等领域的一些头部厂商都已经是我们的客户。”

       出货超1亿颗是一个门槛,也是一个契机,那么纳芯微是如何完成这一成绩的?有哪些引领市场的核心技术?在这篇文章中将给出答案。

  磁传感器技术、产品和市场概述

  磁传感器基于电磁感应原理,对位置、速度、电流等变量进行检测。如果按照技术原理来分,磁传感器主要分为霍尔(Hall)传感器和磁阻传感器两大类,其中磁阻传感器又可以继续细分为AMR(各向异性磁阻)、GMR(巨磁阻)、TMR(隧道磁阻)三大类。

       霍尔传感器利用霍尔效应对磁场进行检测,是目前磁传感器中最大的门类。主要原因在于,霍尔传感器发展历史悠久、技术成熟,且可以用硅基工艺制造。谢奔从产品设计的角度谈道:“在磁传感器领域,霍尔传感器出现时间最早,在产品设计方面就会有两大明显的优势:其一是应用于霍尔传感器的成熟IP比较多;其二是硅基工艺让霍尔传感器更加有益于产品集成。”按照Yole的统计数据,以出货量口径计算,霍尔传感器在磁传感器中占比高达69%,AMR、GMR、TMR传感器占比则分别是13%、5%和13%。

       从技术发展来看,霍尔传感器之后,依次出现的技术是AMR、GMR、TMR。作为最新的技术,TMR在低功耗和高精度方面,有着天然的优势。正如上述数据所示,目前磁传感器发展正处于高速增长期。作为一个大的传感器类别,磁传感器能够长久存在且不断进行技术迭代,背后的支撑力是庞大的市场需求。磁传感器具有精度高、响应速度快、灵敏度高,且具有无接触、无摩擦、无振动等优点,广泛用于汽车、工业、消费电子、医疗器械、计算机等领域,主要的产品形态包括磁位置传感器、磁速度传感器、磁开关、磁电流传感器、电子罗盘和锁存器等,市占比分别为38.2%、20%、16.8%、16.2%、8.5%和0.3%。

  纳芯微四大磁传感器产品矩阵

  作为现代传感器产业的一个主要分支,磁传感器不仅产品类别丰富,且应用广泛。谢奔指出,纳芯微公司的使命是“‘感知’‘驱动’未来,共建绿色、智能、互联互通的‘芯’世界”。因而,磁传感器是纳芯微重要的产品布局。目前,纳芯微在磁传感器方面共有四大产品矩阵:

  ·电流传感器,包含集成式电流传感器、线性电流传感器,其中线性电流传感器又可分为有磁芯和无磁芯的方案。

  ·位置传感器,包含角度传感器、磁开关,其中磁开关又包含了车规霍尔开关/锁存器、工规霍尔开关、工规TMR开关/锁存器。

  ·速度传感器,主要是ABS轮速传感器。

  ·磁传感器调理芯片,用于xMR或GaAs霍尔传感器的信号调理。

揭秘纳芯微磁传感器出货超亿颗的秘密!

  对照上面的市占比信息,可见纳芯微的磁传感器类别是非常全面的,技术上主要倾向于布局成熟的霍尔传感器,以及TMR磁阻效应传感器。记者对比纳芯微和多家厂商的磁传感器产品后发现,无论是基于怎样的技术原理,纳芯微磁传感器在精度和灵敏度方面都有一定的优势,谢奔称,这是因为纳芯微对此专门做了技术增强,尤其是针对霍尔传感器。

       他介绍说,霍尔传感器作为一个历史悠久的磁传感器类别,和其他后面出现的技术(指AMR、GMR、TMR)相比,在精度和灵敏度等方面会有劣势。纳芯微深知这一点,基于多年的传感器调理芯片设计经验,以及在产品开发与应用过程中积累的大量客户需求与应用经验,针对性地设计了一阶+二阶温度补偿电路,保证了霍尔传感器在温度范围内的输出稳定性。

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       为了让霍尔传感器也能够拥有较高的精度,纳芯微开发了霍尔板堆叠、旋转电流驱动等技术。一般而言,霍尔传感器相比xMR传感器会有更高的噪声,为了实现产品的低噪声,纳芯微在产品内部进行霍尔板堆叠,虽然产品内部看起来还是一个霍尔点,不过这个点内会包含6个、8个,甚至更多的霍尔板,进而让产品有更加优质的噪声表现。

揭秘纳芯微磁传感器出货超亿颗的秘密!

       产品有了更高的信噪比,就会更加容易实现高精度。同时,纳芯微还在霍尔传感器内部加入了旋转电流驱动等专利技术,有两象限旋转或者四象限旋转等多种方式,从而降低了霍尔传感器的零漂,这也能进一步提升产品精度。

       谢奔指出,“为了提升霍尔传感器的特征性能,在纳芯微内部,上述这样的技术创新非常多。”他以纳芯微霍尔效应角度传感器举例,该产品一个突出的优势是能够在更宽的温度和磁场变化范围内保持高精度。这主要得益于差分检测与Cordic算法。相关器件采用四盘霍尔差分检测,针对差分后的正余弦信号,又设计了自动增益调整模块,可以将动态变化的原始模拟信号灵活地调整到14bit ADC的70%或80%量程。再加上Cordic算法,纳芯微霍尔效应角度传感器便具有了抵抗外界杂散磁场干扰的能力,不受环境温度变化的影响,器件内的动态角度补偿、滤波器等则进一步提升了测量精度。

       记者在和谢奔的沟通中能够明显感觉到,在纳芯微每一款霍尔传感器背后,都会有一个技术创新的故事。通过这些技术创新,纳芯微的霍尔传感器具备了线性区间大,抗干扰能力强,等优点,且产品精度处于行业领先地位,也进一步提升了产品的性价比。和霍尔传感器一样,纳芯微在TMR传感器方面同样进行了大量的技术创新,以进一步发挥TMR在低功耗和高精度方面的技术优势。

       除了产品性能方面的优势之外,谢奔表示,无论是当下,还是未来的产品规划,汽车都是纳芯微磁传感器重点关注的方向。为了让产品能够满足汽车应用中复杂、严苛的环境挑战,“高品质”是纳芯微磁传感器的另一张名片。高品质体现在很多方面,包括性能冗余、应力补偿和高可靠性。

       首先看性能冗余,谢奔以纳芯微集成式电流传感器举例,产品提供隔离电压功能。其中,SOW-16封装的集成式电流传感器的基本绝缘工作电压是1550Vpk/1097Vrms,是UL62368法规基于其爬电距离8.0mm所允许的工作电压。不过,该产品内部的绝缘物质的绝缘能力远不止于此。在绝缘油中,其最大浪涌隔离耐压(Vsurge)可达10kV。

       再看应力补偿,无论是在汽车应用中,还是在工业、能源应用中,外部应力都是一个很大的挑战。为了让纳芯微的磁传感器能够应对这些应力情况,该公司在电路设计和结构设计上都给出了方案。在电路设计上,纳芯微部分产品带有应力补偿功能;在结构设计上,纳芯微磁传感器在形状设计和封装材料选择方面充分考虑了应力的影响,在工程验证阶段,会在变化的环境中根据应力对性能的影响调整框架设计,并选择具有更低应力系数的封装材料。

       最后看一下产品高可靠性保障,在这个方面,纳芯微通过三大抓手进行保障——可靠性设计、可靠性验证、高覆盖度下线测试。“在纳芯微内部,针对汽车芯片开发有一套产品设计开发的准则,通过设计审查的方式来评估一颗芯片是否满足汽车应用的需求,在过孔数量、线宽、走线等方面都有非常严格的要求。另外,车规级的磁传感器,不仅需要严格遵循车规级测试和可靠性标准,同时也需要使用车规级电路的设计规则,采用车规晶圆,以及符合要求的车规封测专线。”谢奔说。

       根据他的描述,实际上除了这三大抓手,纳芯微针对一些特殊应用的车规级产品的可靠性测试还会“加严”——进行更加严格的额外测试,比如汽车芯片一般会有1000小时的长时间老化测试,纳芯微的标准是双倍的,要测2000小时。这种严格的产品测试流程在工业和消费级磁传感器方面同样有所体现。同时,纳芯微工业和消费级磁传感器在生产端也有相应的生产管控,比如3西格玛(3σ)管理,进而保障产品无质量问题。

  纳芯微磁传感器的应用领域

  从应用角度来看,磁传感器的应用是非常广泛的,国计民生的各个领域都有涉及。那么,纳芯微四大磁传感器产品矩阵主要面向哪些领域呢。谢奔回复称,汽车、能源、工业和消费电子是纳芯微磁传感器重点覆盖的领域。

        面向汽车领域,纳芯微提供集成式电流传感器、线性电流传感器、角度传感器、车规霍尔开关/锁存器、速度传感器等产品。其中,集成式电流传感器主要用于汽车OBC、DC-DC;线性电流传感器主要用于汽车牵引电机的相电流与母线电流检测;角度传感器主要用于汽车热管理系统水阀位置检测、雨刮器位置检测、方向盘转角位置检测、EGR阀等;车规霍尔开关/锁存器主要用于汽车座椅位置、车窗控制、天窗、尾门位置检测、车载电机换相等;速度传感器主要用于汽车ABS轮速检测。谢奔强调,后续包括主动悬架、EPS等汽车应用,纳芯微的磁传感器也会陆续支持。

       面向工业、能源和消费电子领域,纳芯微提供集成式电流传感器、线性电流传感器、工规霍尔开关、工规TMR开关/锁存器等产品。其中,集成式电流传感器主要用于工业变频器、电源、光伏逆变器等领域;线性电流传感器主要用于电流传感器模块等应用;工规霍尔开关主要用于家电、智能门锁、电动两轮车、无人机、鼠标键盘、电动工具、笔记本电脑、民用电表等市场;工规TMR开关/锁存器主要用于工业液位计、干簧管替代、民用表计(水表、气表、热量表)、工业伺服编码器等领域。

       纳芯微磁传感器调理芯片主要用于xMR或GaAs霍尔的信号调理。综合谢奔的深入讲解和纳芯微的官方资料,纳芯微磁传感器品类全、应用广,全面的技术支持在中间起到积极串联作用。针对上述应用,纳芯微提供完善的文档和工具支持、及时的现场技术支持,且工具中有很多易于用户使用的改进。以可编程霍尔开关NSM1030应用为例,GUI上设计了Auto trim功能,用户不需要在应用中手动一步步调整code, 取而代之可以通过一键自动调教的方式自动寻找开关点,大幅提升了编程效率。

       此外,和其他磁传感器供应商相比,纳芯微有一个显著的竞争优势就是出色的产品定制化能力。谢奔称,纳芯微有完善的产品开发流程,多年的大客户合作开发经验,保障了开发过程的科学性,降低人为因素造成开发事故的可能性。同时,加严的可靠性测试进一步确保了芯片的可靠性。

     “在纳芯微传感器、电源、信号链、驱动、隔离接口等众多产品线中,积累了大量的IP,这些经过不同应用场景验证过的IP可以被芯片设计人员直接调用,从而大大提高开发效率并有效降低产品开发失败、存在品质问题的可能性。这些复用的IP让纳芯微的产品无论是标准品还是定制产品,都具有超高的性价比。”他进一步讲到。

       事实上,上面提到的纳芯微速度传感器就属于一款定制芯片,是纳芯微与大陆集团旗下合资公司陆博合作开发的轮速传感器,主要应用于防抱死制动系统(ABS)、车身电子稳定系统(ESP)、自动变速器等控制系统。在这个案例中,纳芯微充分发挥自己的技术优势和领先的产品、市场理解,为陆博提供符合其本土化战略及市场需求的解决方案。据悉,这款产品将于今年第四季度量产,既是一款定制化产品,也是一款面向通用市场的产品。

       谢奔表示,“在定制化业务合作中,还有一点也很重要,作为一家上市公司,纳芯微具有稳健的财务能力与业务透明度,保障定制化项目合作方的供应链安全。”


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2026-10-21 09:54 阅读量:186
纳芯微“隔离+”覆盖光储系统关键隔离环节,支撑高压平台可靠运行
  文章导读  在新能源装机持续增长的背景下,储能系统逐渐从传统配套设备向电网关键设备演进。光储系统向高压化、构网型方向发展,对功率转换效率、绝缘可靠性和控制响应提出更高要求,推动芯片隔离方案向高性能、高集成方向发展。  本文重点介绍:  隔离驱动:面向SiC高频开关应用,优化驱动能力、EMI控制和系统效率;  隔离采样:面向光伏、电池及交流侧检测,实现高精度、高带宽电流与电压采样;  数字隔离与接口:满足高压系统中的信号通信、增强隔离和接口防护需求;  隔离电源:通过集成化设计,为隔离链路提供独立供电支持。  光储逆变器隔离需求解析  “隔离+”覆盖驱动、采样、通信与供电关键环节  光储逆变器分为四大部分:主功率部分(高压部分)、主控部分(MCU)、监控面板、对外接口。  隔离应用主要分布在以下环节:  主功率部分在1700V碳化硅或1500V工况下采用隔离驱动;  主回路中的电流采样采用霍尔传感器,电压采样采用隔离运放实现隔离检测;  MCU控制侧与监控面板之间的CAN、SPI等通信链路,采用隔离方案;  监控面板与外部接口之间面临静电、浪涌等干扰,采用隔离SPI、隔离RS-485或隔离CAN方案。  纳芯微光储逆变器隔离方案介绍  隔离驱动  纳芯微目前已量产的隔离驱动主要包括四类:NSI6801系列是电流型隔离驱动,采用容隔技术实现与光耦驱动pin-to-pin兼容,支持原有光耦驱动方案替换;电压型隔离驱动适配MCU IO口PWM输出,用于单管驱动;NSI6602系列是半桥(双路)隔离驱动;智能驱动集成ASC功能、DESAT(退饱和检测)以及PowerReady(电源就绪)等保护功能。  纳芯微隔离驱动介绍  NSI6601SRC(驱动斜率可调)隔离驱动,面向SiC应用中的EMI控制、效率优化和大功率驱动需求设计:  第一,降低EMI。碳化硅工作频率提升后,EMI问题更加突出。通过驱动调节,在MOS管米勒平台以下用更大电流驱动,驱动上升到高压时切小驱动电流,从而减小dV/dt,实现EMI降低;  第二,提升效率。储能系统在不同母线电压下所需驱动能力不同,通过驱动参数调节适配不同工况,提升系统效率;  第三,驱动电流提升。两路可并联使用,满足大功率并管需求(多个碳化硅或IGBT并联),并联后驱动能力可达25A以上。  霍尔电流传感器  霍尔电流传感器在光储系统中有四个应用环节,各环节对性能要求不同:  第一,PV侧(太阳能光伏板)  直流电流采样,带宽要求较低,总误差小于2%,电流较小但绝缘要求高。户储系统约1100VDC,光伏电站达1500VDC。针对该应用,纳芯微NSM20系列采用增强隔离设计,支持1500V工作电压,带宽约200kHz。  第二,MPPT部分  多路电流采样,检测范围10A到120A,带宽要求200kHz即可,但对响应时间要求较高。碳化硅短路耐受时间仅2到3微秒,纳芯微霍尔响应时间小于300纳秒,可缩短异常情况下的保护响应时间,提高系统可靠性。  第三,电池侧  精度要求高,绝缘耐压取决于电池电压。针对该应用,纳芯微NSM211X系列带宽达1MHz。  第四,AC电流检测  精度要求更高。由于AC侧存在DC注入(DCI)限制,通常要求直流分量控制在0.5%以内,部分应用要求更严格,对霍尔传感器的VOS(失调电压)提出更高要求。  霍尔在光储系统中的应用  隔离采样  隔离采样用于光储系统高压侧电压、电流信号采集,在实现高低压电气隔离的同时,为系统控制和保护提供采样数据。  纳芯微提供隔离运放、隔离ADC等隔离采样方案,满足光储系统中隔离电压采样和隔离电流采样需求。  在通用隔离采样领域,纳芯微NSI13xx系列提供隔离电压、电流采样运放及隔离ADC产品。其中,NSI1311支持0~2V直流电压采样,NSI1312支持±1.2V差分输入,可用于光储系统电压采样;NSI1300及NSI1400系列适用于电流检测,提供不同输入范围和带宽选择;  在高精度隔离采样领域,纳芯微推出NSI16xx系列隔离采样方案。其中,NSI1611将输入范围拓展至0~4V,并优化失调误差、增益误差及温漂性能,在10%~100%满量程范围内无需校准即可实现1.2%以内的采样精度,满足高精度电压、电流检测需求;  在高集成度隔离采样领域,纳芯微NSI36xx系列将隔离电源集成至采样芯片内部,部分型号进一步集成快速保护比较器和比例式输出功能,无需额外配置高压侧隔离供电及部分外围电路,简化系统设计;  在快速保护领域,纳芯微NSI22C1x系列隔离比较器集成窗口比较器、高压LDO及高精度阈值设置电流源,可实现快速过流、过压检测。其中,NSI22C12最大传输延时仅250ns,满足光储功率变换系统快速故障检测和硬件保护需求。  纳芯微隔离采样产品路线图  数字隔离器(MCU到监控面板)  光储逆变器中,高压功率部分与MCU控制侧处于不同电压区域,两者之间需要增强隔离。针对1500V系统应用,纳芯微提供15mm爬电距离隔离方案。  纳芯微数字隔离器覆盖单路、双路、4路和6路产品,支持4mm、8mm和15mm三档爬电距离规格。CMTI达200kV/μs,浪涌耐受电压达12kV,适用于光伏逆变器等户外应用场景。  纳芯微数字隔离器单路、双路、4路和6路产品  对于采用高速光耦方案的客户,纳芯微提供光耦兼容封装的数字隔离器方案。该方案采用容隔技术,封装兼容光耦,支持原有设计替换。  光耦采用LED作为信号传输器件,长期运行存在光衰问题。数字隔离器采用二氧化硅作为隔离介质,具备更稳定的长期可靠性表现,并支持相同封装下的pin-to-pin替换。  NSI721x-DSWWAR 15mm 爬电距离隔离光耦兼容器  隔离接口与集成隔离电源的隔离接口  监控面板与外部设备之间采用隔离I2C、隔离RS-485和隔离CAN进行通信。传统方案通常采用数字隔离器与CAN/RS-485芯片组合实现隔离通信,并通过外部隔离电源提供隔离供电。纳芯微进一步集成数字隔离器、通信接口和隔离电源,减少外围器件,简化系统设计。  纳芯微隔离接口方案从单一隔离接口,发展到隔离接口+数字隔离器,再到隔离电源+数字隔离器+隔离CAN/RS-485三合一方案。  纳芯微ISO-Power隔离接口方案演进
2026-10-15 11:39 阅读量:250
纳芯微发布四通道SPI接口智能低边驱动NSD5614系列 ,赋能汽车与工业自动化应用
  在汽车域控、底盘及发动机ECU和工业PLC系统中,多路电磁阀、继电器等负载的驱动普遍面临MCU的IO资源紧张、感性负载关断时电压尖峰高、故障难以定位、预测性维护困难等挑战。如何节约IO资源以实现多路负载控制,并对各路负载进行独立监测与保护,是系统设计中的核心挑战。  NSD5614系列支持SPI串口与并口双输入接口,具备四通道独立诊断与保护功能,内置60V高压钳位,增强ESD性能可达±4kV,支持输出并联及最高200kHz PWM开关频率,全面简化多路负载驱动的系统开发,显著提升整机鲁棒性。  NSD5614系列提供车规和工规两种版本,满足不同应用领域的需求。车规版本适用于12V/24V/48V汽车应用场景,可驱动底盘、发动机ECU及车身域控中的各类电磁阀、继电器等负载。工规版本面向工业自动化PLC与智能终端等领域的各类低边负载应用。  SPI接口支持多芯片菊花链级联,  大幅减少输入IO和信号隔离数量,  降低系统成本  NSD5614系列除了支持简单的并口输入控制输出外,还支持通过SPI接口控制输出。SPI通信支持两种连接方式:  下图左为SPI并行连接方式,多个NSD5614从设备共用通信线SDI/SDO/SCK,每个芯片单独连接片选信号NCS。  下图右为SPI菊花链(Daisy Chain)连接方式,多个NSD5614从设备共用时钟信号SCK和片选信号NCS,每个芯片的SDI和SDO采用菊花链连接。  图1 多芯片SPI接口控制连接方式  采用SPI串口连接多个NSD5614芯片,可大幅减少控制IO口数量。特别是在菊花链级联模式下,针对工业PLC中N个四通道低边驱动的应用,仅需1个SPI口和1个四通道数字隔离器,即可替代原本所需的4N个输入IO口和4N个光耦隔离器件。  关断状态下的的负载开路(OL)和  短路到地(SCG)诊断,  精准定位反馈故障  NSD5614支持负载开路(OL)和短路到地(SCG)诊断功能,可在驱动芯片关断状态(Off state)下进行检测,帮助系统在驱动负载前及时发现异常,提升系统的可预测性和可维护性。  Off state诊断的原理是在芯片内部的MOS管关断时,通过对OUT端施加上下拉电流,使OUT端电压处于不同电位,从而检测OUT端的负载连接状态。  当VOUT>0.6*VDD时,判定OUT端负载连接正常(Normal)。  当0.4*VDD<vout<0.6*vdd,且持续超过110Μs时,判定out端负载开路(opl)。< p="">  当VOUT<0.4*VDD,且持续超过110μs时,判定OUT端短路到地(SCG)。  内置高压钳位管与通道独立保护机制,  全面提升系统可靠性  NSD5614用于驱动感性负载时,当低边MOS关断后,感性负载开始退磁(Demagnetization)。为防止OUT端产生过高电压而损坏内部MOS管,芯片内置的高压钳位管将VDS电压钳位至VDS(CL),使续流电流逐渐衰减至零,如下图3所示,对应t从0到t1的阶段。  高压钳位管的EAS钳位能量可参考下图中的计算公式,也可通过示波器计算该阶段的输出电压、电流和时间的积分。  图2 输出钳位及钳位能量  NSD5614具备全面的保护和诊断功能,包括四通道独立的过温保护、过流保护、负载开路和短路到地诊断检测,以及VM电压欠压保护,有助于提升系统可靠性。  封装与选型  纳芯微四通道SPI接口智能低边驱动NSD5614系列现已全面量产,更大电流、更低内阻的NSD5624系列正在样品阶段。两款产品均支持输出通道独立控制,并具备全面的智能诊断与保护功能,可满足汽车及工业领域的高可靠性应用需求。  图3 NSD5614系列选型表  纳芯微MotivDrive®:  面向汽车、工业和智能终端市场的  高可靠电机驱动方案  MotivDrive®是纳芯微倾力打造的电机驱动产品家族,以高集成、安全可靠、品类丰富为核心优势,产品覆盖直流有刷电机、步进电机、直流无刷电机的集驱和预驱(NSD7系列、NSD8系列、NSD3系列),继电器、电磁阀与螺线管的低边驱动(NSD56系列、NSD1x4系列)等多种品类。  MotivDrive®电机驱动产品支持高精度电流采样,并集成过流、过温、欠压保护及堵转、负载开路检测等全面的保护与诊断功能,帮助客户减少外围器件,实现小型化与高可靠性的系统设计。
2026-10-14 10:17 阅读量:261
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型号 品牌 询价
CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
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