磁傳感器是傳感器中重要的品類，是電流傳感、接近傳感、線性位置檢測、轉動速率檢測、旋轉位置檢測等傳感器主要實現方式之一，在汽車、工業(yè)、能源和消費電子等領域有著廣泛的應用。根據貝哲斯咨詢的統(tǒng)計數據，2022年全球磁傳感器市場規(guī)模為224.25億元(人民幣)，預計到2028年將達到463.32億元，2023-2028期間的年均復合增長率(CAGR)高達12.83%。

　　過往，人們提到磁傳感器，主要討論的都是幾家國際廠商。隨著終端市場對磁傳感器需求爆發(fā)，國產磁傳感器廠商緊抓這波機遇，目前已經初見規(guī)模。根據納芯微最新發(fā)布的2023年業(yè)績報告，其傳感器產品營收實現逆勢增長，2023年實現營業(yè)收入16575.26萬元，同比增長49.18%。納芯微磁傳感器技術市場經理謝奔在和記者交流時表示，“當前納芯微磁傳感器產品出貨量已經超過1億顆，汽車和工業(yè)等領域的一些頭部廠商都已經是我們的客戶。”

　　出貨超1億顆是一個門檻，也是一個契機，那么納芯微是如何完成這一成績的?有哪些引領市場的核心技術?在這篇文章中將給出答案。

　　磁傳感器技術、產品和市場概述

　　磁傳感器基于電磁感應原理，對位置、速度、電流等變量進行檢測。如果按照技術原理來分，磁傳感器主要分為霍爾(Hall)傳感器和磁阻傳感器兩大類，其中磁阻傳感器又可以繼續(xù)細分為AMR(各向異性磁阻)、GMR(巨磁阻)、TMR(隧道磁阻)三大類。

　　霍爾傳感器利用霍爾效應對磁場進行檢測，是目前磁傳感器中最大的門類。主要原因在于，霍爾傳感器發(fā)展歷史悠久、技術成熟，且可以用硅基工藝制造。謝奔從產品設計的角度談道：“在磁傳感器領域，霍爾傳感器出現時間最早，在產品設計方面就會有兩大明顯的優(yōu)勢：其一是應用于霍爾傳感器的成熟IP比較多;其二是硅基工藝讓霍爾傳感器更加有益于產品集成。”按照Yole的統(tǒng)計數據，以出貨量口徑計算，霍爾傳感器在磁傳感器中占比高達69%，AMR、GMR、TMR傳感器占比則分別是13%、5%和13%。

　　從技術發(fā)展來看，霍爾傳感器之后，依次出現的技術是AMR、GMR、TMR。作為最新的技術，TMR在低功耗和高精度方面，有著天然的優(yōu)勢。

　　正如上述數據所示，目前磁傳感器發(fā)展正處于高速增長期。作為一個大的傳感器類別，磁傳感器能夠長久存在且不斷進行技術迭代，背后的支撐力是龐大的市場需求。磁傳感器具有精度高、響應速度快、靈敏度高，且具有無接觸、無摩擦、無振動等優(yōu)點，廣泛用于汽車、工業(yè)、消費電子、醫(yī)療器械、計算機等領域，主要的產品形態(tài)包括磁位置傳感器、磁速度傳感器、磁開關、磁電流傳感器、電子羅盤和鎖存器等，市占比分別為38.2%、20%、16.8%、16.2%、8.5%和0.3%。

　　納芯微四大磁傳感器產品矩陣

　　作為現代傳感器產業(yè)的一個主要分支，磁傳感器不僅產品類別豐富，且應用廣泛。謝奔指出，納芯微公司的使命是“‘感知’‘驅動’未來，共建綠色、智能、互聯互通的‘芯’世界”。因而，磁傳感器是納芯微重要的產品布局。目前，納芯微在磁傳感器方面共有四大產品矩陣：

　　· 電流傳感器，包含集成式電流傳感器、線性電流傳感器，其中線性電流傳感器又可分為有磁芯和無磁芯的方案。

　　· 位置傳感器，包含角度傳感器、磁開關，其中磁開關又包含了車規(guī)霍爾開關/鎖存器、工規(guī)霍爾開關、工規(guī)TMR開關/鎖存器。

　　· 速度傳感器，主要是ABS輪速傳感器。

　　· 磁傳感器調理芯片，用于xMR或GaAs霍爾傳感器的信號調理。

　　

　　對照上面的市占比信息，可見納芯微的磁傳感器類別是非常全面的，技術上主要傾向于布局成熟的霍爾傳感器，以及TMR磁阻效應傳感器。記者對比納芯微和多家廠商的磁傳感器產品后發(fā)現，無論是基于怎樣的技術原理，納芯微磁傳感器在精度和靈敏度方面都有一定的優(yōu)勢，謝奔稱，這是因為納芯微對此專門做了技術增強，尤其是針對霍爾傳感器。

　　他介紹說，霍爾傳感器作為一個歷史悠久的磁傳感器類別，和其他后面出現的技術(指AMR、GMR、TMR)相比，在精度和靈敏度等方面會有劣勢。納芯微深知這一點，基于多年的傳感器調理芯片設計經驗，以及在產品開發(fā)與應用過程中積累的大量客戶需求與應用經驗，針對性地設計了一階+二階溫度補償電路，保證了霍爾傳感器在溫度范圍內的輸出穩(wěn)定性。

　　

　　為了讓霍爾傳感器也能夠擁有較高的精度，納芯微開發(fā)了霍爾板堆疊、旋轉電流驅動等技術。一般而言，霍爾傳感器相比xMR傳感器會有更高的噪聲，為了實現產品的低噪聲，納芯微在產品內部進行霍爾板堆疊，雖然產品內部看起來還是一個霍爾點，不過這個點內會包含6個、8個，甚至更多的霍爾板，進而讓產品有更加優(yōu)質的噪聲表現。

　　

　　產品有了更高的信噪比，就會更加容易實現高精度。同時，納芯微還在霍爾傳感器內部加入了旋轉電流驅動等專利技術，有兩象限旋轉或者四象限旋轉等多種方式，從而降低了霍爾傳感器的零漂，這也能進一步提升產品精度。

　　謝奔指出，“為了提升霍爾傳感器的特征性能，在納芯微內部，上述這樣的技術創(chuàng)新非常多。”他以納芯微霍爾效應角度傳感器舉例，該產品一個突出的優(yōu)勢是能夠在更寬的溫度和磁場變化范圍內保持高精度。這主要得益于差分檢測與Cordic算法。相關器件采用四盤霍爾差分檢測，針對差分后的正余弦信號，又設計了自動增益調整模塊，可以將動態(tài)變化的原始模擬信號靈活地調整到14bit ADC的70%或80%量程。再加上Cordic算法，納芯微霍爾效應角度傳感器便具有了抵抗外界雜散磁場干擾的能力，不受環(huán)境溫度變化的影響，器件內的動態(tài)角度補償、濾波器等則進一步提升了測量精度。

　　記者在和謝奔的溝通中能夠明顯感覺到，在納芯微每一款霍爾傳感器背后，都會有一個技術創(chuàng)新的故事。通過這些技術創(chuàng)新，納芯微的霍爾傳感器具備了線性區(qū)間大，抗干擾能力強，等優(yōu)點，且產品精度處于行業(yè)領先地位，也進一步提升了產品的性價比。和霍爾傳感器一樣，納芯微在TMR傳感器方面同樣進行了大量的技術創(chuàng)新，以進一步發(fā)揮TMR在低功耗和高精度方面的技術優(yōu)勢。

　　除了產品性能方面的優(yōu)勢之外，謝奔表示，無論是當下，還是未來的產品規(guī)劃，汽車都是納芯微磁傳感器重點關注的方向。為了讓產品能夠滿足汽車應用中復雜、嚴苛的環(huán)境挑戰(zhàn)，“高品質”是納芯微磁傳感器的另一張名片。高品質體現在很多方面，包括性能冗余、應力補償和高可靠性。

　　首先看性能冗余，謝奔以納芯微集成式電流傳感器舉例，產品提供隔離電壓功能。其中，SOW-16封裝的集成式電流傳感器的基本絕緣工作電壓是1550Vpk/1097Vrms，是UL62368法規(guī)基于其爬電距離8.0mm所允許的工作電壓。不過，該產品內部的絕緣物質的絕緣能力遠不止于此。在絕緣油中，其最大浪涌隔離耐壓(Vsurge)可達10kV。

　　再看應力補償，無論是在汽車應用中，還是在工業(yè)、能源應用中，外部應力都是一個很大的挑戰(zhàn)。為了讓納芯微的磁傳感器能夠應對這些應力情況，該公司在電路設計和結構設計上都給出了方案。在電路設計上，納芯微部分產品帶有應力補償功能;在結構設計上，納芯微磁傳感器在形狀設計和封裝材料選擇方面充分考慮了應力的影響，在工程驗證階段，會在變化的環(huán)境中根據應力對性能的影響調整框架設計，并選擇具有更低應力系數的封裝材料。

　　最后看一下產品高可靠性保障，在這個方面，納芯微通過三大抓手進行保障——可靠性設計、可靠性驗證、高覆蓋度下線測試。“在納芯微內部，針對汽車芯片開發(fā)有一套產品設計開發(fā)的準則，通過設計審查的方式來評估一顆芯片是否滿足汽車應用的需求，在過孔數量、線寬、走線等方面都有非常嚴格的要求。另外，車規(guī)級的磁傳感器，不僅需要嚴格遵循車規(guī)級測試和可靠性標準，同時也需要使用車規(guī)級電路的設計規(guī)則，采用車規(guī)晶圓，以及符合要求的車規(guī)封測專線。”謝奔說。

　　根據他的描述，實際上除了這三大抓手，納芯微針對一些特殊應用的車規(guī)級產品的可靠性測試還會“加嚴”——進行更加嚴格的額外測試，比如汽車芯片一般會有1000小時的長時間老化測試，納芯微的標準是雙倍的，要測2000小時。

　　這種嚴格的產品測試流程在工業(yè)和消費級磁傳感器方面同樣有所體現。同時，納芯微工業(yè)和消費級磁傳感器在生產端也有相應的生產管控，比如3西格瑪(3σ)管理，進而保障產品無質量問題。

　　納芯微磁傳感器的應用領域

　　從應用角度來看，磁傳感器的應用是非常廣泛的，國計民生的各個領域都有涉及。那么，納芯微四大磁傳感器產品矩陣主要面向哪些領域呢。謝奔回復稱，汽車、能源、工業(yè)和消費電子是納芯微磁傳感器重點覆蓋的領域。

　　面向汽車領域，納芯微提供集成式電流傳感器、線性電流傳感器、角度傳感器、車規(guī)霍爾開關/鎖存器、速度傳感器等產品。其中，集成式電流傳感器主要用于汽車OBC、DC-DC;線性電流傳感器主要用于汽車牽引電機的相電流與母線電流檢測;角度傳感器主要用于汽車熱管理系統(tǒng)水閥位置檢測、雨刮器位置檢測、方向盤轉角位置檢測、EGR閥等;車規(guī)霍爾開關/鎖存器主要用于汽車座椅位置、車窗控制、天窗、尾門位置檢測、車載電機換相等;速度傳感器主要用于汽車ABS輪速檢測。謝奔強調，后續(xù)包括主動懸架、EPS等汽車應用，納芯微的磁傳感器也會陸續(xù)支持。

　　面向工業(yè)、能源和消費電子領域，納芯微提供集成式電流傳感器、線性電流傳感器、工規(guī)霍爾開關、工規(guī)TMR開關/鎖存器等產品。其中，集成式電流傳感器主要用于工業(yè)變頻器、電源、光伏逆變器等領域;線性電流傳感器主要用于電流傳感器模塊等應用;工規(guī)霍爾開關主要用于家電、智能門鎖、電動兩輪車、無人機、鼠標鍵盤、電動工具、筆記本電腦、民用電表等市場;工規(guī)TMR開關/鎖存器主要用于工業(yè)液位計、干簧管替代、民用表計(水表、氣表、熱量表)、工業(yè)伺服編碼器等領域。

　　納芯微磁傳感器調理芯片主要用于xMR或GaAs霍爾的信號調理。

　　綜合謝奔的深入講解和納芯微的官方資料，納芯微磁傳感器品類全、應用廣，全面的技術支持在中間起到積極串聯作用。針對上述應用，納芯微提供完善的文檔和工具支持、及時的現場技術支持，且工具中有很多易于用戶使用的改進。以可編程霍爾開關NSM1030應用為例，GUI上設計了Auto trim功能，用戶不需要在應用中手動一步步調整code, 取而代之可以通過一鍵自動調教的方式自動尋找開關點，大幅提升了編程效率。

　　此外，和其他磁傳感器供應商相比，納芯微有一個顯著的競爭優(yōu)勢就是出色的產品定制化能力。謝奔稱，納芯微有完善的產品開發(fā)流程，多年的大客戶合作開發(fā)經驗，保障了開發(fā)過程的科學性，降低人為因素造成開發(fā)事故的可能性。同時，加嚴的可靠性測試進一步確保了芯片的可靠性。

　　“在納芯微傳感器、電源、信號鏈、驅動、隔離接口等眾多產品線中，積累了大量的IP，這些經過不同應用場景驗證過的IP可以被芯片設計人員直接調用，從而大大提高開發(fā)效率并有效降低產品開發(fā)失敗、存在品質問題的可能性。這些復用的IP讓納芯微的產品無論是標準品還是定制產品，都具有超高的性價比。”他進一步講到。

　　事實上，上面提到的納芯微速度傳感器就屬于一款定制芯片，是納芯微與大陸集團旗下合資公司陸博合作開發(fā)的輪速傳感器，主要應用于防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、自動變速器等控制系統(tǒng)。在這個案例中，納芯微充分發(fā)揮自己的技術優(yōu)勢和領先的產品、市場理解，為陸博提供符合其本土化戰(zhàn)略及市場需求的解決方案。據悉，這款產品將于今年第四季度量產，既是一款定制化產品，也是一款面向通用市場的產品。

　　謝奔表示，“在定制化業(yè)務合作中，還有一點也很重要，作為一家上市公司，納芯微具有穩(wěn)健的財務能力與業(yè)務透明度，保障定制化項目合作方的供應鏈安全。”