磁传感器作为传感器技术的重要类别,在电流传感、接近传感、线性位置检测、转动速率检测、旋转位置检测等领域中扮演着关键角色,广泛应用于汽车、工业、能源和消费电子等多个领域。根据贝哲斯咨询的统计数据,2022年全球磁传感器市场规模达到224.25亿元人民币,预计到2028年将增至463.32亿元,2023-2028年间的年均复合增长率(CAGR)高达12.83%。

过去,磁传感器市场主要由几家国际厂商主导。然而,随着终端市场对磁传感器需求的爆发,国产厂商紧抓这一机遇,迅速崛起,逐渐在市场上占据了一席之地。纳芯微便是其中的佼佼者之一。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了逆势增长,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接受采访时表示,“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。”

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,能够检测位置、速度、电流等变量。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。这主要是因为霍尔传感器发展历史悠久、技术成熟,并且可以用硅基工艺制造。谢奔指出:“霍尔传感器出现时间最早,在产品设计方面有两大明显优势:应用于霍尔传感器的成熟IP比较多;硅基工艺让霍尔传感器更易于产品集成。”根据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传感器占比分别为13%、5%和13%。

在技术发展上,霍尔传感器之后依次出现了AMR、GMR和TMR技术。作为最新的技术,TMR在低功耗和高精度方面具有天然优势。

纳芯微四大磁传感器产品矩阵

纳芯微公司致力于“‘感知’‘驱动’未来,共建绿色、智能、互联互通的‘芯’世界”,磁传感器是其重要的产品布局。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和线性电流传感器,后者又可分为有磁芯和无磁芯方案。

位置传感器:包含角度传感器和磁开关,其中磁开关又包括车规霍尔开关/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。

纳芯微的磁传感器类别非常全面,技术上主要布局成熟的霍尔传感器以及TMR磁阻效应传感器。谢奔称,纳芯微在精度和灵敏度方面有一定优势,这得益于公司对技术的专门增强,特别是针对霍尔传感器。

技术创新和市场应用

霍尔传感器作为历史悠久的磁传感器类别,与AMR、GMR和TMR等后出现的技术相比,在精度和灵敏度方面有一定劣势。纳芯微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客户需求与应用经验,设计了一阶+二阶温度补偿电路,确保霍尔传感器在温度范围内的输出稳定性。

为了让霍尔传感器具备较高的精度,纳芯微开发了霍尔板堆叠和旋转电流驱动等技术。霍尔传感器通常噪声较高,纳芯微通过在产品内部进行霍尔板堆叠,显著改善了噪声表现。此外,纳芯微在霍尔传感器内部加入旋转电流驱动等专利技术,进一步提升了产品精度。

纳芯微霍尔效应角度传感器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。采用四盘霍尔差分检测,并设计了自动增益调整模块,使动态变化的原始模拟信号灵活调整到14bit ADC的70%或80%量程。结合Cordic算法,纳芯微霍尔效应角度传感器具备了抵抗外界杂散磁场干扰的能力,不受环境温度变化影响,动态角度补偿和滤波器进一步提升了测量精度。

市场应用和未来展望

纳芯微磁传感器产品广泛应用于汽车、工业、能源和消费电子等领域。其产品矩阵包括集成式电流传感器、线性电流传感器、角度传感器、车规霍尔开关/锁存器和速度传感器等。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和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、尾门位置检测和车载电机换相等;速度传感器主要用于汽车ABS轮速检测。

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。其应用包括工业变频器、电源、光伏逆变器、电流传感器模块、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、民用电表和工业液位计等。

纳芯微磁传感器调理芯片主要用于xMR或GaAs霍尔传感器的信号调理,提供完善的文档和工具支持、及时的现场技术支持,提升用户使用体验。例如,可编程霍尔开关NSM1030应用中的Auto trim功能,使用户能够通过一键自动调教快速找到开关点,提高编程效率。

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