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:322

  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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2024-09-19 09:24 阅读量:247
纳芯微电子:窄脉宽信号对驱动芯片的影响及解决方案
  01、窄脉宽的来源  驱动芯片在各种电力电子系统中有着广泛的应用,例如整流器、DC-DC变换器、逆变器和变频器等,其工作频率和占空比范围在不同系统中各不相同。  在常规整流器的PFC部分,根据输入电压的范围不同,其下管的占空比可以在0%到100%之间变化;  在常见的DC-DC变换器中,开机时通常会有缓启功能,其输出脉宽会从零开始逐步增大;另外,当输出负载或输入电压发生瞬态跳变时,输出会出现瞬态变化,系统环路会根据输出电压的变化来调整驱动器的输入脉宽,在调整过程中,可能出现极大或极小的输出脉宽;  在桥式逆变器中,当输出电压达到最大或最小峰值时,也可能出现极大和极小的输出脉宽。  图1 正负向窄脉宽  如果这些极大或极小脉宽没有得到有效限制,可能会影响驱动器的稳定工作;严重情况下甚至会导致驱动器或系统失效。  02、正负窄脉宽对驱动芯片的影响  下图2所示,是一种常见的MOSFET驱动电路,虚线框内为一个输出通道的结构示意图,其输出采用PMOS+NMOS结构。驱动器在控制功率管MOSFET M1开通和关断时,会对功率MOSFET M1的栅极拉出和灌入电流。在窄脉宽开通情况下,驱动器收到关断指令会将MOSFET M1关断,此时MOSFET M1的开通过程还没有完成,驱动器的输出仍然维持在较高的电流,当该电流突然变化,在PCB走线寄生电感和驱动器内部寄生电感的共同作用下,会在驱动器的输出引脚产生很大的电压应力,该应力可能导致芯片失效。  为了分析和验证,将MOSFET的门极输入电容采用电容C1来代替,如下图3所示。  考虑到PCB和芯片内部的寄生电感,其等效电路如下图4所示,其中L1、L4和L5为芯片内部寄生电感(Lbonding),L2和L3为PCB上的寄生电感(LPCB)。  ➱下面将对不同脉宽下驱动器的应力产生和影响进行简要介绍。  1)正向窄脉宽的状态分析  t0~t1期间,驱动芯片内部的NMOS M3导通,PMOS M2关断,OUT输出为低,此时驱动回路中的Isrc和Isnk电流均为零;  t1时刻,NMOS M3关断,PMOS M2导通,OUT输出拉高,给负载电容C1充电,Isnk电流为零;  t2时刻,PMOS M2关断,NMOS M3导通,OUT输出被拉低,此时驱动电流Isrc不为零。该电流在芯片内部寄生电感和PCB走线寄生电感的共同作用下,对PMOS M2和NMOS M3的寄生输出电容进行充放电,从而导致OUT出现负向过冲电压。驱动器内部输出Pad的电压应力可以用如下公式(1)进行估算。  其中各参数的定义如下:  VGate: MOSFET的栅极电压  Lbonding:IC内部的键合线产生的寄生电感,通常约为5nH  LPCB:驱动器输出引脚到栅极PCB引线的寄生电感  RG:MOSFET的栅极驱动电阻  2)正常脉宽的状态分析  t0~t1期间,驱动芯片内部NMOS M3导通,PMOS M2关断,OUT输出为低,驱动回路中Isrc和Isnk电流为零;  t1时刻,NMOS M3关断后,PMOS M2导通,OUT输出拉高,负载电容C1充电,当电容C1充满电后,Isrc恢复到0,Isnk电流保持为零;  t2时刻,PMOS M2关断后,NMOS M3开通,OUT输出被拉低,负载电容C1放电,当电容C1放电结束后,Isnk电流恢复到零;  OUT输出转换过程中,lsrc或Isnk都是由零上升或下降到峰值,然后恢复到零,OUT输出没有明显的正向或负向过冲电压。  3)负向窄脉宽的状态分析  t0~t1期间,驱动芯片内部PMOS M2导通,NMOS M3关断,OUT输出为高,驱动回路中Isrc和Isnk电流为零;  t1时刻,NMOS M3导通,OUT输出拉低,负载电容C1放电;  t2时刻,NMOS M3关断,PMOS3开通,OUT输出被拉高,此时驱动回路中电流Isnk不为零,该电流在芯片内部的寄生电感和PCB走线的寄生电感的共同作用下,对PMOS M2和NMOS M3的寄生输出电容进行充放电,导致OUT输出出现显著的正向过冲电压。  实际电路验证  为了验证窄脉宽的影响,本实验选择了一款最大额定电压为20V的驱动芯片,并按照上图3所示的实验电路进行测试。  实验中,芯片供电电压设置为15V,负载电容C1为27nF,输入信号频率为100kHz,脉冲宽度分别为20ns、2μs和9.98μs(对应20ns负向窄脉宽)。  在相同脉宽下,通过调整驱动电阻R1的大小,来改变开通和关断时的驱动电流和电流变化率,得到实验结果如下所示,图中黄色线条表示输入信号,绿色线条表示输出信号。  表2 实际电路验证结果  如上结果所示,当驱动电阻为1Ω时,20ns的正向窄脉宽会导致-9V的负向过冲;同样,20ns的负向脉宽会导致27.4V的正向过冲,超过了芯片的额定值,会存在失效风险。正常脉宽下,OUT输出没有正负过冲现象。此外,还可以看出,在相同脉宽输入时,驱动电流越大,输出脚的正向或负向电压应力越高;因此减小驱动电流可以有效减小窄脉宽产生的正负过冲电压。  03、解决方案和建议  通过上面的分析和验证可以看出窄脉宽下过大的驱动电流会对输出应力产生严重影响。系统应用中为了避免驱动器输出应力超标,建议客户从以下几个方面进行优化和解决。  PCB布局时尽量将驱动器与功率管就近放置,减小驱动器输出引脚到功率管门极之间的走线电感。  驱动器的供电电容尽可能靠近芯片的电源引脚,且同层放置,减小因过孔和走线产生的寄生电感。  在系统应用中,对最大和最小驱动输出脉宽进行限制,确保开通和关断前一刻驱动输出电流已降为零,避免输出出现过大的正向或负向过冲电压。  适当调整驱动电阻,减小窄脉宽驱动回路中的电流和电流变化率。
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2024-08-23 13:01 阅读量:403
全链国产,全系覆盖,全面认证!纳芯微高边开关系列重磅发布!
  纳芯微今日宣布推出高边开关产品系列NSE34XXXS/D/Q和NSE35XXXS/D,其具备行业领先的带载能力和完善可靠的诊断保护功能,适用于驱动车身BCM等系统中各类传统的阻性、感性和卤素灯负载,同时也充分适配区域控制器ZCU中一/二级配电下常见的大容性负载。  产品亮点  •依托全国产化自主可控供应链设计和制造,在单车用量最大的汽车模拟芯片品类上,实现“全链国产”。  •提供1/2/4通道选择,提供同时兼容PSSO-16/PSSO-14的封装选择,导通电阻范围横跨8mΩ至140mΩ,满足“全系覆盖”。  •符合AEC-Q100-012短路可靠性能力Grade A、ISO7637/ISO16750、CISPR25-2021 Class 5等多种测试要求,完成“全面认证”。  产品能力详解  电流/通道/封装 — 灵活可选  纳芯微推出的高边开关系列提供1/2/4通道选择,导通电阻范围为8mΩ至140mΩ。客户可以根据不同负载大小灵活选择最适合的产品,从而优化系统性能和可靠性。  阻/容/感各类负载 — 轻松应对  ◆ 阻性负载:额定通流带载能力  高边开关应用中,芯片的额定通流能力是选型的最重要考量之一,其本质是考验高边开关芯片的自身阻抗大小及封装散热能力。阻性负载,如座椅加热中的电阻丝,对芯片的额定通流能力有明确的指标要求。以下汇总了纳芯微高边开关各产品型号的额定负载性能参数(测试环境:TA=85℃):  ◆ 容性/卤素灯负载:浪涌电流应对能力  在汽车系统中,启动容性负载和冷态卤素灯时常会面临高浪涌电流的严峻挑战。纳芯微高边开关系列凭借业内领先的过流保护能力,能够有效应对各种浪涌电流。以NSE35系列为例,以下是其能够稳定驱动的容性负载大小和卤素灯类型(TA=-40℃)  ◆ 感性负载:过压钳位保护能力  电磁阀、雨刮器、继电器等感性负载也是汽车电子系统中常见的负载类型。在感性负载关断时,由于路径上需要续流,高边开关的输出会出现几十伏、甚至更大的与感性负载退磁能量正相关的负电压,这会给内部功率MOSFET的漏-源极带来巨大的电应力。如果无过压保护措施,功率MOSFET可能会面临损坏的风险。因此,纳芯微高边开关全系集成了针对感性负载的过压钳位保护,以确保在各种应用场合下系统的稳定安全运行。  可靠性/电磁兼容性 — 饱和验证  纳芯微高边开关通过了一系列应用方面的测试,可确保该产品系列在各种场景下的稳定性和可靠性,包括但不限于:  •符合AEC-Q100标准的车规可靠性测试要求  •符合AEC-Q100-006标准的车规可靠性加严测试要求  •符合AEC-Q100-012标准的开关器件短路测试要求:短路寿命大于一百万次,达到Grade A  •符合ISO 7637/ISO 16750标准的电源瞬态抗干扰测试要求  •符合CISPR 25-2021 Class 5标准的EMI测试要求  车身域控制器应用的未来,纳芯微与您同行!在现代汽车的电气化和智能化进程中,车身域控制器作为核心模块,扮演着愈发重要的角色。  从供电管理到功率驱动,纳芯微可为客户提供包括高边开关在内的完整车身域控制器半导体解决方案,覆盖各个关键环节,实现了智能配电与功能整合,支持灵活的软件配置和整车智能诊断,助力汽车客户在智能化发展道路上稳步前行!
2024-08-19 14:59 阅读量:373
  • 一周热料
  • 紧缺物料秒杀
型号 品牌 询价
RB751G-40T2R ROHM Semiconductor
CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
TL431ACLPR Texas Instruments
BD71847AMWV-E2 ROHM Semiconductor
MC33074DR2G onsemi
型号 品牌 抢购
TPS63050YFFR Texas Instruments
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STM32F429IGT6 STMicroelectronics
BP3621 ROHM Semiconductor
IPZ40N04S5L4R8ATMA1 Infineon Technologies
BU33JA2MNVX-CTL ROHM Semiconductor
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