電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）在汽車領(lǐng)域，位置傳感器作為關(guān)鍵的感知單元，直接參與汽車關(guān)鍵系統(tǒng)的運(yùn)行控制，為發(fā)動(dòng)機(jī)管理、底盤控制、安全系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)支持，其檢測(cè)精度與穩(wěn)定性關(guān)乎車輛安全。

從技術(shù)原理來(lái)看，位置傳感器的類型包括光電式、電容式、電阻式、磁阻式和霍爾式等。納芯微的新一代車規(guī)級(jí)符合功能安全要求的磁性角度傳感器芯片 MT6511，正是基于垂直差分霍爾感應(yīng)的位置傳感器，也是基于第一代車規(guī)角度傳感器 MT6501 的迭代升級(jí)款，單芯片滿足 ASIL B 功能安全等級(jí)，雙芯片系統(tǒng)滿足 ASIL D 功能安全等級(jí)，該芯片具備豐富的接口如模擬、PWM、SPI、SENT、UVW、ABZ，最高支持30000rpm高速位置檢測(cè)應(yīng)用。憑借出色的技術(shù)特性與場(chǎng)景適配能力，該芯片能夠幫助主機(jī)廠打造更具行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的汽車，得到了主機(jī)廠的高度認(rèn)可。

新一代磁性角度傳感器芯片 MT6511，圖源：納芯微

汽車級(jí)位置傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

位置傳感器在汽車領(lǐng)域的內(nèi)燃機(jī)時(shí)代就扮演著重要角色——在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱系統(tǒng)中，位置傳感器主要用于監(jiān)測(cè)關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)信息，典型應(yīng)用包括曲軸與凸輪軸位置感應(yīng)、電子節(jié)氣門控制、渦輪增壓執(zhí)行器和變速器控制等。例如，曲軸位置傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲軸轉(zhuǎn)速與相位，確保燃油噴射與點(diǎn)火時(shí)刻的精準(zhǔn)匹配，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出與燃油經(jīng)濟(jì)性。

在底盤系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等都需要用到位置傳感器。例如，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)中，位置傳感器用于測(cè)量方向盤的角度。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)將方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度反饋給 ECU，ECU 據(jù)此計(jì)算出合適的扭力大小和方向，從而提高轉(zhuǎn)向的精準(zhǔn)性。

隨著汽車工業(yè)向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，位置傳感器在車上的應(yīng)用變得更加廣泛。在核心的三電系統(tǒng)中，位置傳感器主要用于提升系統(tǒng)效率、安全性和可靠性，可用于冷卻液液位監(jiān)測(cè)、電池箱體變形檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)等；在智能輔助駕駛系統(tǒng)中，位置傳感器的角色從單一狀態(tài)監(jiān)測(cè)升級(jí)為多模態(tài)感知樞紐，一個(gè)典型的例子是方向盤角度傳感器與油門踏板位置傳感器構(gòu)成駕駛員意圖識(shí)別的核心數(shù)據(jù)源。

當(dāng)然，無(wú)論是傳統(tǒng)燃油車，還是新能源汽車，駕乘舒適度的提升都和位置傳感器息息相關(guān)。在電控懸架系統(tǒng)中，通過(guò)前后懸架高度傳感器和車身位移傳感器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸架剛度和阻尼，提升行駛舒適性和操控性；在車身電子系統(tǒng)中，位置傳感器可以用于監(jiān)測(cè)車窗和天窗的開(kāi)合位置，也可用于座椅的前后、上下、靠背角度等位置調(diào)節(jié)。

應(yīng)用需求爆發(fā)帶動(dòng)汽車位置傳感器市場(chǎng)快速成長(zhǎng)。根據(jù)FORTURN BUSINESS INSIGHTS的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2024全球位置傳感器市場(chǎng)規(guī)模為80.6億美元，其中汽車是第一大應(yīng)用市場(chǎng)，占比為28.7%。

圖源：FORTURN BUSINESS INSIGHTS

不過(guò)，汽車位置傳感器雖然需求廣泛，但其所面臨的設(shè)計(jì)和應(yīng)用挑戰(zhàn)也是不容忽視的。首先，產(chǎn)品需要應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的環(huán)境挑戰(zhàn)——汽車級(jí)位置傳感器通常在各種惡劣的環(huán)境條件下工作，包括高溫、低溫、高濕度、振動(dòng)和沖擊等。比較典型的案例是，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，節(jié)氣門位置傳感器可能會(huì)面臨高達(dá) 150°C 的高溫環(huán)境，傳統(tǒng)封裝易出現(xiàn)材料老化與焊點(diǎn)疲勞。

其次是高精度和低延時(shí)的要求。在許多汽車應(yīng)用中，位置傳感器需要具備高精度及低延時(shí)以滿足系統(tǒng)控制的要求，如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電機(jī)位置檢測(cè)等皆是如此。同時(shí)，這種高精度要求還需要傳感器在車輛生命周期內(nèi)保持性能一致性，避免因老化或磨損導(dǎo)致的誤差累積。

第三點(diǎn)是小型化和集成化的挑戰(zhàn)。隨著汽車電氣化和智能化的發(fā)展，車輛內(nèi)部的空間越來(lái)越有限，因此位置傳感器需要在保證性能的前提下實(shí)現(xiàn)小型化和集成化。同時(shí)，小型化和集成化還涉及到傳感器的制造工藝和封裝技術(shù)，先進(jìn)的 MEMS 技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)小型化有很大的助益。

當(dāng)然，功能安全認(rèn)證本身也是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。一些應(yīng)用里，汽車級(jí)位置傳感器需符合 ASIL B/D 級(jí)功能安全標(biāo)準(zhǔn)，并且需要有足夠的設(shè)計(jì)冗余。這也是納芯微推出MT6511 的主要原因之一。這顆位置傳感器在第一代車規(guī)角度傳感器 MT6501 的基礎(chǔ)上，單芯片滿足 ASIL B 功能安全等級(jí)，雙芯片系統(tǒng)滿足 ASIL D 功能安全等級(jí)，填補(bǔ)了有功能安全應(yīng)用需求的空白。

MT6511 賦能主機(jī)廠應(yīng)用創(chuàng)新

作為新一代基于垂直差分霍爾感應(yīng)的位置傳感器，MT6511 在精度、品質(zhì)和易用性方面為汽車電子換擋器、方向盤轉(zhuǎn)角檢測(cè)、電子節(jié)氣門、EGR 閥、渦輪增壓執(zhí)行器、電子油泵、智動(dòng)門、車身高度、電子水閥等多種應(yīng)用帶來(lái)了巨大的賦能價(jià)值。

領(lǐng)先的產(chǎn)品性能

在產(chǎn)品精度方面，MT6511 在三溫 FT 時(shí)把溫度補(bǔ)償系數(shù)寫入芯片內(nèi)部，保證芯片出廠即具備較高的角度檢測(cè)精度，其角度精度 <±1.0° max。同時(shí)， MT6511 在信號(hào)處理方面提供了較低的系統(tǒng)延時(shí)（<10us），因此適用于汽車高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，如電子油泵、EPS 助力電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)等；該傳感器支持最多任意 8 點(diǎn)或者 16 點(diǎn)等分的輸出曲線編程，可適用于各種復(fù)雜的角度控制場(chǎng)景。

相較于同類行業(yè)主流產(chǎn)品，MT6511 提供更豐富的輸出接口，不僅提供模擬和PWM輸出，還新增了SPI、SENT、ABZ 和 UVW 接口，使其能覆蓋更廣泛的車載應(yīng)用場(chǎng)景。納芯微工作人員表示：“MT6511 的模擬線性輸出編程取決于客戶實(shí)際應(yīng)用對(duì) INL 精度要求，并與客戶的磁鐵選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)相關(guān)，客戶可以選擇任意八點(diǎn)或十六點(diǎn)等分校準(zhǔn)模式，來(lái)應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用條件下系統(tǒng)對(duì)角度信號(hào)得線性度要求。同時(shí)，MT6511 以引腳復(fù)用的方式讓芯片同時(shí)可以支持不同的輸出模式，這些模式在應(yīng)用時(shí)對(duì)芯片引腳輸出特性、offset 和補(bǔ)償系數(shù)存在細(xì)微區(qū)別，在出廠前就將相關(guān)系數(shù)提前寫入芯片。這兩大特性都是為了讓客戶在做產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)更加自如，方便研發(fā)工程師應(yīng)對(duì)不同項(xiàng)目與應(yīng)用的設(shè)計(jì)需求?！?/p>

MT6511器件系統(tǒng)框圖，圖源：納芯微

出色的產(chǎn)品品質(zhì)

作為一款滿足功能安全等級(jí)的汽車級(jí)位置傳感器，MT6511 內(nèi)部集成了多個(gè)功能安全模塊，實(shí)時(shí)對(duì)芯片內(nèi)部信號(hào)傳輸進(jìn)行檢測(cè)，為客戶應(yīng)用提供安全、可靠、可信賴的位置信號(hào)。同時(shí)，該傳感器基于垂直差分霍爾感應(yīng)原理，本身就具有更高的抗雜散磁場(chǎng)干擾能力，可通過(guò)MFI 4000A/m 測(cè)試，適用于磁場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜的底盤和動(dòng)力系統(tǒng)。

MT6511 在電源和地之間可耐受高達(dá) ±30V 的直流高壓，輸出端對(duì)地可耐受 30V 的高壓，另外輸出過(guò)流保護(hù)功能可以確保芯片在惡劣環(huán)境下的可靠穩(wěn)定工作。納芯微工作人員稱：“MT6511 的耐壓水平和國(guó)際廠商的競(jìng)品相比絲毫不遜色，更適合應(yīng)用于復(fù)雜的場(chǎng)景，有效避免串?dāng)_電壓或熱插拔帶來(lái)的電壓脈沖損傷，保證了芯片的可靠性?！?/p>

MT6511 的過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)，圖源：納芯微

此外，MT6511 有多項(xiàng)措施以應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)氣隙變化方面的挑戰(zhàn)。首先，因?yàn)椴罘衷?，縱軸在符合磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)竄動(dòng)對(duì)精度影響不大，即便有縱軸方面的變化，MT6511 通過(guò)前期仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)保證信號(hào)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。針對(duì)水平方向的偏差，納芯微在項(xiàng)目前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)為客戶提供磁場(chǎng)仿真，同時(shí)會(huì)要求客戶將磁鐵和芯片感應(yīng)中心對(duì)齊，芯片到磁鐵的氣隙也需要作為關(guān)鍵尺寸來(lái)進(jìn)行管控，另外針對(duì)個(gè)例的微小偏移，也可以通過(guò)芯片內(nèi)部的校準(zhǔn)模塊來(lái)把 INL 誤差降低。

SOP-8封裝磁鐵和芯片感應(yīng)中心對(duì)齊，圖源：納芯微

TSSOP-16封裝磁鐵和芯片感應(yīng)中心對(duì)齊，圖源：納芯微

全方位的應(yīng)用賦能

MT6511 也是一顆易用且具有供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)的汽車級(jí)位置傳感器?；诳蛻繇?xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況，納芯微圍繞 MT6511和客戶的磁鐵及結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行磁場(chǎng)仿真，保證芯片在極限公差和溫度條件下都能工作在正常磁場(chǎng)范圍內(nèi)。同時(shí)，納芯微為客戶在 PCB 板電路設(shè)計(jì)時(shí)提供指導(dǎo)，且配合客戶進(jìn)行EMC 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化等，提供本地化的技術(shù)支持和快速響應(yīng)，為助力國(guó)內(nèi)汽車芯片國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度保駕護(hù)航。目前，該芯片得到了多家主機(jī)廠的高度認(rèn)可。

MT6511 憑借成熟的系統(tǒng)能力和穩(wěn)定性能，不僅滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，也成為國(guó)產(chǎn)汽車走向海外的重要支撐。該傳感器和納芯微其他傳感器一樣，使用了大量成熟的自有 IP，在芯片成本、交期上具有核心競(jìng)爭(zhēng)力。截至目前，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外積累了大量成熟應(yīng)用案例。其實(shí)，早在幾年前，該公司已經(jīng)在和汽車行業(yè) Top 級(jí)別的國(guó)際大廠接軌，并且有和相關(guān)客戶聯(lián)合開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的案例，在磁傳感器市場(chǎng)取得了不錯(cuò)口碑，品牌影響力在自主品牌中處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。

結(jié)語(yǔ)

納芯微新一代汽車級(jí)位置傳感器 MT6511 的推出，是國(guó)產(chǎn)芯片廠商在車規(guī)級(jí)傳感器賽道實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的又一生動(dòng)縮影。憑借ASIL B （D）功能安全的硬核保障、多接口適配的場(chǎng)景靈活性，以及在精度控制、可靠性設(shè)計(jì)上的全面優(yōu)化，MT6511 贏得了主機(jī)廠的高度認(rèn)可，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車?yán)锏年P(guān)鍵系統(tǒng)的高效運(yùn)行注入了國(guó)產(chǎn)動(dòng)力。而其背后所體現(xiàn)的，是納芯微對(duì)汽車級(jí)芯片性能與安全并重、創(chuàng)新與實(shí)用兼顧的深度理解，以及推動(dòng)國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈強(qiáng)化、助力自主品牌汽車出海的堅(jiān)定實(shí)踐。