纳芯微车规传感器解决方案赋能汽车电动化、智能化发展

发布时间:2023-05-11 10:10
作者:AMEYA360
来源:网络
阅读量:2146

  在日前举办的2023深圳国际传感器与应用技术展览会(Sensor Shenzhen 2023)上,纳芯微产品线总监赵佳博士发表精彩演讲,分享了行业趋势、传感器芯片国产化历程和未来市场机会,并接受了媒体采访。

  赵佳表示,智能传感器是智能化时代信息系统与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源,也是决定未来信息技术产业发展的重要基础。近年来国内不断发布的利好政策为国产化替代提供了巨大市场机遇。国产半导体厂商唯有继续沉淀,精耕细作,更好地理解客户需求,助力客户提升差异化竞争力,才能在快速发展中站稳脚跟。

纳芯微车规传感器解决方案赋能汽车电动化、智能化发展

  智能传感器的发展与布局

  传感器是一个高度融合的领域,涵盖材料、物理结构、电路等方面,纳芯微就是一家从事高性能、高可靠性模拟信号和混合信号芯片的公司。据赵佳介绍,纳芯微成立于2013年,根据2022年报数据,公司2022年年度实现营业收入为16.70亿元。

  纳芯微企业战略是用感知驱动未来,基于构建数字世界和现实世界的桥梁进行产品布局,涵盖前端感知系统、中间数字互连,到后端反馈现实世界的驱动系统。对于如何保持技术领先地位?赵佳表示,纳芯微的技术、产品开发核心逻辑是聚焦核心市场和应用规划产品布局。

  首先在公司文化层面鼓励创新,“持续学习,坚持长期价值”;尊重技术,重视工程师文化建设和对工程师的长期培养,持续不断进行技术创新和分享。作为一家立足于长期发展的科技公司,纳芯微研发方面持续投入,吸引和长期培养优秀人才是保持技术领先的关键。

  第二是与行业头部客户紧密合作,不断增强系统方案研究能力,通过与系统厂商的深度沟通识别终端客户的系统应用痛点,助力客户提升差异化竞争力;同时也与行业关键客户以战略合作的形式共同定义引领行业发展的新产品。

  第三是建立可靠、可信赖的质量体系保障,从产品的研发、测试、生产到交付,纳芯微建立了全面的质量管理流程和体系,对质量严格把关以保证产品具有竞争力。

  产品布局方面,纳芯微比较成熟的量产传感器产品包括磁传感器、压力传感器和温湿度传感器;此外,还为合作伙伴提供整套传感器、调理电路设计,还有未来的技术组合和储备。

  赵佳回顾到,纳芯微在传感器领域的积累较早,2014年量产第一颗加速度计调理芯片,之后在高精度信号链、隔离接口和电机驱动方面都有了技术储备。纳芯微在汽车传感器应用方面的布局包括智能座舱、车身系统、混动及新能源动力总成、电池管理、OBC/DCDC、热管理系统等。

  纳芯微的主电机电流和母线电流传感器也是国内最早实现量产的,主要用在热管理系统的复杂工作环境,这方面压力传感器、电流传感器、位置传感器布局非常丰富。

  赵佳表示,霍尔电流传感器芯片研发历时三年,2021年推向市场,2022年同类产品国内发货量领先。在功率大、要求非常高的汽车主驱电机解决方案中,纳芯微的方案也已广泛应用。

  纳芯微涉足汽车应用的第一颗量产芯片是2016年应用在汽车里的刹车压力芯片,涵盖传统动力总成进气压力、出气压力、节气门位置踏板、位置液面检测以及真空助力、油压等布局。现在,各种接口互连、供电电源、驱动侧、运放、高精度参考都有完整的解决方案。

  他自豪地说,目前市面上主流汽车中都有纳芯微的芯片。在产业化落地方面,纳芯微也在引领,OBC/DCDC产品都已量产。

  最近,纳芯微与大陆集团旗下合资公司陆博就乘用车关键零部件轮速传感器本土化项目签署产品合作协议,在技术与安全领域深度合作,共同推进汽车芯片国产化进程。纳芯微的汽车电子产品布局、装车量以及装车后的质量表现获得了国际大厂的认可。

  传感器和信号链的重点布局

  从纳芯微的产品路线图可以看出,纳芯微始终坚持聚焦汽车电子和泛能源行业(包括模块电源、光伏、储能、工控、电力电子、白电等),围绕传感器、信号链和电源管理三大领域不断丰富产品矩阵。

  据赵佳介绍,汽车是纳芯微的主要目标市场之一,通过持续深耕汽车电动化和智能化应用,不断提高国产芯片的覆盖率。电动化方面,在新能源汽车主驱逆变器、电池管理系统、OBC/DCDC、PDU和热管理系统中纳芯微布局了丰富的产品组合;智能化方面,汽车照明、智能座舱、整车域控应用领域纳芯微也在同步发力。

  目前,纳芯微的车载产品类型覆盖压力传感器、磁传感器、通用信号链芯片、专用处理器芯片、数字隔离器和隔离采样芯片、接口芯片、栅级驱动芯片、电机驱动芯片、车灯驱动芯片、电源芯片等。

  在传感器和信号链方面,纳芯微重点布局了几大类产品:

  01

  磁传感器

  磁电流传感器:信号宽度可达2MHz,性能优越,主要应用于新能源汽车OBC/DC-DC、电驱系统;

  线性霍尔电流传感器:NSM203x是基于聚磁环大量程电流检测的高精度传感器解决方案,广泛应用于电动汽车电驱系统相电流检测,以及工业电机控制和光伏逆变器等电流模块的大电流检测;

  角度传感器:支持-40℃-150℃ 360°旋转角度精确测量,如车规磁角度传感器NSM301x适用于汽车阀门、汽车智能雨刷等应用的非接触式角度检测。

  轮速传感器:与大陆集团旗下合资公司陆博签署了乘用车关键零部件轮速传感器本土化项目产品合作协议,定义和开发的轮速传感器产品,共同推进汽车芯片国产化进程。

  02

  温湿度传感器

  纳芯微单片集成数字输出温湿度传感器NSHT3x系列温湿度传感器,采用高可靠性MEMS湿敏电容技术和CMOS芯片工艺,典型精度误差为±3%RH,典型温度精度±0.3℃,典型湿度精度±3%,性能行业领先。

  纳芯微汽车级湿度传感器NSHT3x系列,可测量相对湿度和温度,已应用于车载激光雷达、智能座舱,如汽车智能除雾解决方案等。

  如今,纳芯微已形成了面向汽车、工控等领域较为完善的产品覆盖,部分产品的功能和性能已经达到国际领先技术水平,比如数字隔离及接口芯片、隔离采样芯片、门驱类产品、电流传感器芯片等。

  本土企业发展机会何在?

  赵佳认为,从市场应用看,从家电到汽车,再到城市,都将变得越来越智能和互连,传感器产业新的增长点是智能化和物联网,也为本土企业提供了发展机会。以汽车智能化为例,纳芯微在传感器领域的领先技术正在充分施展,如霍尔电流传感器可广泛用于OBC/DCDC、主驱电机等应用,实现高可靠性、高性能的电流采样;压力传感器用于新能源汽车电池包压力检测,在电池发生热失控时及时提供报警信息,为乘员预留安全逃生时间;温湿度传感器用于汽车车窗防雾、空调出风口等。

  从技术发展趋势看,随着可靠性的提升,各类系统逐渐从开环控制转向闭环控制,这意味着对传感器的需求将大量提升,比如系统指令发出后,会使用位置传感器、光学传感器或扭矩电流传感器检查命令是否执行到位。

  他认为,本土厂商的发展机会首先要专注于重点应用市场的快速增长态势,特别是正引领国内乃至全球市场发展的客户群体。作为一个贴近市场的本土企业,纳芯微有机会与领先企业保持持续深度对话,洞悉应用市场的发展趋势,更好地满足客户需求,提供相匹配的芯片解决方案。

  灵活、弹性、快速的响应能力也很重要,需要更加敏锐地察觉和快速反馈本土的宏观政策、客户需求、供应链、人才市场以及内部组织等变化,为客户提供更快速的响应和灵活的支持。

  车规芯片具有研发周期长、车厂试验平台及规模应用要求高等特点,门槛较高。近年来,产业链黑天鹅事件频发,特别是我国新能源汽车快速发展为国产芯片提供了机会窗口。

  不论是国产芯片公司的数量、所涉及的汽车芯片种类,还是汽车行业的应用规模、批量装车后的质量表现,纳芯微都取得了不错的进展。在某些细分领域,纳芯微不仅做到了国产替代,还成为了行业领导者,比如数字隔离器已在新能源汽车三电系统中广泛应用。纳芯微还为客户提供信号感知、隔离接口、功率驱动、电源管理等丰富的模拟和混合信号芯片产品,赋能汽车电动化和智能化。

  产品质量源于完备的质量管理体系

  赵佳指出,在质量管理体系方面,车规关注最多的是AEC-Q100,但事实上芯片上车量产,随着装车量的增加,能够有稳定的质量表现、不出事故、达到零失效,只靠AEC-Q100是远远不够的。AEC-Q100只是最后环节的质量和可靠性保证,而不包括全部芯片开发,因此,如果要做严格的车规的质量管理,需要一个完整的体系,包括从芯片设计、工艺设计、晶圆封测等流程的深入耕耘,最终才可以实现的可靠、可信赖的产品,装车之后让用户开着放心。

  他说,纳芯微从一开始就非常重视产品质量,拥有完备的质量管理体系,这意味着从产品研发到生产的过程中,都会严格遵照质量管控规范。纳芯微特有的“双R”方针(Robust & Reliable)保障了高品质的产品和服务。在汽车、光伏、工业控制等高壁垒行业备受客户信赖。

  纳芯微深刻认识到车规产品对可靠性的要求不仅仅是通过AEC-Q100可靠性认证,而是对产品生命周期内各个环节的全面严格要求,需要内外兼修,才能达成车规质量要求。公司一直很重视质量方面的投入,包括人员、组织架构、产品研发体系和生产管控体系等环节都有全面的质量管理方针,并确保落实和执行。

  随着在客户端对国产的前期验证完成之后,纳芯微践行的“可靠、可信赖”价值观保障了高品质的产品和服务,在汽车、光伏、工业控制等高壁垒行业备受客户信赖。此外,纳芯微已奠定了稳定、可靠的质量体系基础,建立了较为完善的流程化体系,通过不断提高公司的组织能力来提升自身的核心竞争力。

  高质量发展需要产业链协同

  近两年,半导体行业全球供应链受到挑战,与此同时,国内不断发布的利好政策为半导体产业的发展保驾护航,为国产化替代带来了巨大市场机遇。

  赵佳强调,随着“缺货”情况的缓解,国产半导体厂商还需继续沉淀,精耕细作,在顺应国产化进程趋势的同时,更好地理解客户需求,助力客户提升差异化竞争力,才能在市场的快速发展中稳步发展。

  传感器需要非常多元化、跨学科的合作,无论从物理结构到材料、电路到后端封测,每个品类都有非常高的门槛和难度。从产业链看,如果要把中国传感器事业推向更高质量的发展,需要依赖行业更多的交流和深入的合作,需要产业链的配合和协同发展。


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2025-05-23 11:36 阅读量:356
从运动到感知,纳芯微磁传感器为人形机器人赋能
  纳芯微磁传感器技术为人形机器人运动控制提供了关键解决方案,其高精度磁角度编码器可精准检测关节位置和运动轨迹,赋予机器人更灵敏的感知能力和更流畅的运动表现。相关技术突破将推动人形机器人在通用关节和执行器等核心部件上的性能提升,为智能机器人产业发展注入新动能。  随着人形机器人技术的快速发展和市场化进程加速,其应用场景正从工业领域向消费级市场拓展。纳芯微凭借广泛的产品线布局,在这一新兴市场中占据了重要地位,其产品涵盖MCU、传感器(电流、电压、温度、位置)、栅极驱动、缓冲器、电池管理,以及通信、功放、监控和基准等芯片解决方案,能够为机器人系统提供完整的信号链支持。  纳芯微技术市场经理陈旭骅在2025CAIMRS AI+人形机器人研讨会上介绍,从当前主流人形机器人的结构来看,单台设备平均需配备71个磁编码器和90个电流传感器,具体需求拆解如下:  机械臂(自由臂):以七自由度机械臂为例,其7个关节每个关节的减速机前后均需1个编码器,单臂需14个磁角度传感器来实现电机运行及末端位置检测,双臂合计28个。同时需配套14个驱动器和28个电流传感器。  腿部和腰部关节:按四自由度保守计算,各需16个磁编码器;若包含腰部旋转和弯腰动作,则要额外增加4个磁编码器,总计20个。部分高端设计采用六自由度方案,进一步推升了传感器需求。  膝关节:针对爆发力要求高的跑跳动作,定制化膝关节动力电机通常配备4个磁编码器(每膝2个)。  灵巧手:目前国内外方案差异较大,海外有些灵巧手能实现十六、二十二自由度。国内市场比较常见的是6个空心杯为主的结构。拇指关节是一个二自由度结构,需要3个角度编码器(1个/空心杯电机+末端检测);四指关节基本上以4个空心杯电机为主,每指2关节配备2个末端位置检测编码器,总计12个。手腕类似腰部旋转结构,需额外的编码器支持。  电池管理方面:主流200A电池组需配置2个高精度电流传感器。视觉执行机构方案多样,通常需2-4个磁编码器实现精准定位。  纳芯微高精度与高可靠性传感方案  在角度传感领域,编码器技术经历了从电位器到光电、磁角度及电感式编码器的演进。目前,纳芯微聚焦于磁角度编码器和电感式编码器的研发与量产,其中磁角度编码器已广泛应用于工业及消费领域,而电感式编码器则在汽车EPS(电动助力转向系统)、扭矩传感等场景中展现优势。  纳芯微磁角度编码器采用非接触式设计,具备高可靠性、抗震、抗污染等特性,尤其适合动态环境。传统光电编码器对环境洁净度要求高,而人形机器人的跌落、碰撞等动作易导致其失效。相比之下,磁角度编码器不仅适应性强,还可实现17bit分辨率(精度达0.002°),且仅需单芯片+磁铁的简洁方案即可完成高精度检测,大幅降低系统复杂度。  纳芯微的磁编码器主要有三种不同的技术路线,可以覆盖全场景需求。首先是低成本的霍尔式磁编码器方案,适用于空心杯电机等对性价比敏感的场景。第二是AMR磁阻式编码器,具有高灵敏度,分辨率可达21bit,主要用于工控市场和机器人中的伺服电机,以及配合机器人行星减速机的多颗协同控制方案。第三是新兴的电感式编码器方案,适合中空走线或大电流场景(避免磁场干扰),目前已进入小批量阶段,未来将拓展至人形机器人关节等应用。  总之,纳芯微通过多技术路径布局,为不同精度、成本及环境要求的场景提供定制化解决方案,持续推动编码器技术在机器人领域的创新应用。  纳芯微磁编码器安装方式详解  磁编码器的安装方式主要分为在轴安装和离轴安装两大类。在轴安装是指电机轴、磁铁轴心和芯片轴心三轴同心的安装方式,它具有结构简单、精度稳定的特点。而离轴安装则是当前行业研究的热点,特别适用于需要中空结构的减速器应用场景,为人形机器人等新兴领域提供了更为灵活的解决方案。针对这两种安装方式,纳芯微开发了不同的产品系列,以满足多样化需求。  目前纳芯微有三款在轴安装磁编码器产品:MT6835(±0.02°)、MT6826S(±0.1°)和MT6701(±1.0°)。这三款产品的年出货量已达到500-600万片,广泛应用于步进电机和伺服电机领域。其中MT6701主要应用于空心杯电机等对成本敏感的场景;MT6826S和MT6835基于磁阻技术,凭借更高精度被用于伺服电机和行星减速机的多颗协同控制方案。  关于安装技术细节,在轴安装又可分为径向充磁和轴向充磁两种方案。径向充磁方案磁场发散较远,对安装距离要求较低;轴向充磁方案磁力线更为集中,适合1mm以内的精密安装场景,是纳芯微主推的方案。  离轴安装是一种创新方案,针对机器人行业对中空结构的需求,纳芯微提供三种离轴解决方案。一是集成磁头方案(MT6620),优势是集成度高,挑战是对磁铁的磁间距和安装位置要求较高;二是低成本方案(MT6709QC),其特点是通过外接磁传感器解码,通过自校准可将精度提升至±0.1°(匀速自校准)或±0.2°(简洁校准)。  第三种是电感式编码器方案(MT6901),其创新性在于,采用电感技术解决了中空走线干扰问题,能够有效规避EMC等信号干扰。这种双码道游标方案是当前市场主流的绝对值编码器,可广泛应用在机器人关节侧。  为了满足绝对位置的监测需求,纳芯微还推出了两种创新方案——单码道增量控制和M序列方案。单码道增量控制采用单磁环设计,通过中间的回零信号实现位置识别。该方案采用增量控制方式,虽然存在上电时存在噪声问题,但在工业场景中仍有广泛应用。  M序列方案则更为先进,融合光编理论创新而成。其工作原理是通过伪随机序列精确定位外圈对极位置,结合增量控制实现360°绝对角度测量。具体流程为:上电时读取内码道信号确定初始位置,然后通过增量方式进行机械控制,由芯片内部解析获得绝对角度信息。  上述两种方案各有特点:传统方案结构简单但存在噪声;M序列方案精度更高但增加了复杂度。两者均能有效满足绝对位置监测需求,可为不同应用场景提供灵活选择。  为满足不同精度需求,纳芯微开发了多种复合安装方案。其中,基础复合方案采用中间轴向充磁的在轴安装,外圈采用4颗传感器解码,特点是平衡成本与性能。高精度复合方案增加了中间磁铁屏蔽罩,能够有效隔离外部磁场干扰,提升测量精度。  纳芯微还在两个方案基础上开发了两种全中空离轴方案。其外部磁环随外转子旋转,内部磁环连接减速器电机端,采用8颗线性霍尔输出信号至解码芯片。通过增加磁屏蔽设计,其外圈精度可达0.2-0.3°,内圈精度可达0.8-1°。该方案的可靠性已在行业实际应用中得到了验证,完美解决了中空结构下的高精度测量需求。  纳芯微即将推出的MT6901电感式编码器将成为人形机器人关节的核心解决方案。该产品采用创新的三层电感技术,在定子两侧各配置一个转子,通过电磁感应实现双面信号采集,从根本上消除传统方案单侧感应的局限性。  虽然三块PCB的精密平衡存在技术挑战,但这一设计实现了内环套外环的感应方案,能够显著提升测量精度,完美解决中空走线的EMC干扰问题,特别适合需要高可靠性的机器人关节应用,从而推动整个机器人行业的技术升级。  纳芯微将持续拓展智能化边界  纳芯微通过持续技术创新,建立了完整的磁编码器解决方案体系,从传统在轴安装到创新离轴方案,从单一测量到复合安装,为工业自动化、人形机器人等领域提供了多样化的选择。特别是正在开发的MT6901电感式编码器,有望解决行业长期存在的中空走线的干扰难题,推动磁编码器技术进入新的发展阶段。  纳芯微的传感器产品已成功导入多家客户的人形机器人项目,在空心杯电机和通用关节领域实现了批量出货。与此同时,在四足机器人市场也取得了突破,多个项目进入量产阶段。作为国产传感器供应商,纳芯微将持续为机器人行业提供高可靠性解决方案,助力国产人形机器人把握市场机遇,实现技术突破。
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