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松山湖八大“中国芯”:跌进坑里还是闯出新蓝海?(上)

Frankin Zhao?? 2016年05月26日 ?? 收藏0

磁传感器三芯片变成单芯片,直接面向无人机应用做替换

“2014年,我们在松山湖上介绍了第一款用于手机的磁传感器QMC6983。这款产品已量产并应用到了智能手机中。去年,我们在这里介绍了一款低功耗的用于可穿戴设备的加速度计。这款加速度计包含了算法在里面,比如计步,所以它表现出特别的低功耗。这款正在量产。今天我们介绍的是另一款磁传感器QMC6983。它将用于比智能手机更高端、更精密一点的应用,比如无人机和智能交通。另外我们有一款陀螺也已经研制成功了,希望在不久的将来能够介绍这款陀螺。因为陀螺在传感器里面是非常复杂,做起来非常困难的,所以量产还需要一点点时间。”矽睿科技CTO万虹博士介绍。

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

传感器与其他CMOS芯片不同,它需要用自己的工艺做。“我们有单芯片CMOS和磁传感器合成的工艺,和MEMS加速度陀螺和CMOS合成的单芯片工艺。我们的工艺是在华虹宏力8寸厂上做的,这是我们自己带进去的特殊工艺。”她指出,“传感器在应用的时候需要有算法,因此我们有一个算法团队在做和运动传感器相关的算法,比如室内导航、姿态控制,然后和元件应用方案一起提供给客户。”

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

矽睿的磁传感器采用的是各向异性磁电阻效应(AMR)技术,即铁磁材料在磁场变化条件下,电阻会变化。矽睿采用的薄膜合金的磁阻和磁场强度方向的变化是一个正弦方式。矽睿利用的是线性部分的中间这段来做传感,这样比较方便——直接用一个惠斯通电桥就可以实现信号输入。整个信号处理和薄膜制造都比其他传感器要敏捷。

AMR磁传感器的特性特别适用于磁场非常弱的情况下,因此特别适合于地磁环境,而霍尔元件或是其他元件一般都需配备磁铁来用。另外,因为它是单层薄膜工艺,所以工艺相对也比较简单,成本更低,她表示。

高精度三轴AMR磁传感器QMC5883L是推介的产品。它基于AMR技术设计制造,用于与地球磁场相关的应用,如精准导航、车辆监测、交通控制等领域。QMC5883L集成了磁传感器和ASIC,拥有超强的信号处理功能。它具有16位ADC、精度为2毫高斯、低运行功耗(~75uA)、温度自动补偿、零位自动回覆,以及校准三轴灵敏度等特性。QMC5883L在同类产品中处于较强的竞争优势,已被一些无人机、智能城市等项目采用。

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

“我们这个技术是从Honeywell传承过来的,我本人以前也是在Honeywell负责这条线。我们当时在Honeywell做是没有完全集成的——XY轴是一个芯片,Z轴是一个芯片,然后我们加ASIC。我们到矽睿后,因为我们有8寸厂的优势,我们把这三块集成在一个单芯片上了。我们这个芯片下面是一般CMOS的ASIC,上面是一层AMR薄膜,再加一些信号处理层。”万博士介绍。

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

“我们这款QMC5883L是直接替换Honeywell HMC5883L产品,但是我们在上面有一些提升,比如电流更低,场分辨率更高,输出速率更高。Honeywell这款芯片在无人机市场占有率达到百分之八 九十,用于实现定位,所以我们做产品替换,市场效果会来得比较快。”她谈道。

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

另外,QMC5883L频率达到200Hz,而市场上其他磁传感器频率要达到100Hz都比较困难。而对于VR/AR等新应用,它的频率至少需要达到120Hz,停顿才能够不为人眼所识别(目前的主流磁传感器产品还是采用的霍尔效应)。而且由于读数时间变短,功耗也可以更低。另外,它可以消除零漂和温漂。这对无人机来说非常好,因为无人机在上升期间,温度变化非常快速。而零漂消除则对于摄像定位很有吸引力。

另外它抗干扰性能非常好——若有磁铁干扰,在把磁铁拿掉后,它能够马上复零位。

这款产品已经被无人机客户所认可,新的无人机里计划要用两颗磁传感器。这和照相机中用三颗CMOS镜头比一颗要好很多是同样的道理,麦克风也是用得越多越好。

松山湖八大“中国芯”,折射未来应用新蓝海

另外是做车辆检测/交通控制。因为车辆上的金属和发动机会对地磁产生干扰,所以可以通过判别磁场变化检测车位是否有车停入。高速公路上的车流量也可以通过磁场变化检测。这就需要非常高的精度和非常好的温度补偿性能。磁传感器未来还将推出室内导航的模块。对于室外导航,我们已经离不开地图和GPS导航了,而室内导航现在基本还是空白或者精度不高。我们可以用惯导推算法外加一些补足来做导航。导航必须要将方向控制在1度以下才准。而市面上手机上的导航都只是5度的值,这样走上一两百米误差就漂得很多了,因此对高精度指南的需求还是很大的。

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传感器? CPU? MCU?

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