压力传感器在汽车中应用非常广泛，包括发动机、热管理、底盘、燃油箱、电池包、车身在内的超20个部件中都需要用到压力传感器。
车用压力传感器应用分布，来源：纳芯微
纳芯微从2014年开始推出压力传感器产品，十年的时间里已经累计出货超过1.5亿颗，其中合封类MEMS压力产品的累计出货已经超过3, 000万颗。除车载应用外，也广泛应用在白色家电、工业医疗等领域。
压力传感器有何分类？未来发展方向是什么？针对这些问题，在纳芯微压力传感器产品推出市场10年之际，纳芯微压力传感器市场总监毛怿奇分享自己的见解。
01.
快速了解压力传感器
压力传感器原理比较简单，主要分为两个部分。
一是感压单元，从分类来看，可以分为MEMS膜片，陶瓷电容，陶瓷电阻或者玻璃微熔。
二是调理芯片ASIC，ASIC内部主要包括PGA、ADC以及温度补偿，部分会采用简易的MCU去做校准，最后输出数字信号或者模拟信号。
在实际压力传感器中，由于前端敏感单元通常反馈为非线性信号，所以还会搭配一套压力标定系统去补偿温度偏移，最后得到绝压、表压或差压，应用在不同的应用场景中。（补充：绝压是指测量相对于真空的压力，表压是指测量相对于大气压的压力，差压是指测量两个不同位置之间的压力差）
压力传感器原理，来源：纳芯微
压力传感器可以按照量程的大小来分类，主要影响感压单元，分为三大类。
1Mpa以内属于低压产品，1-10Mpa属于中压，10Mpa以上属于高压。其中，
低压传感器可以分为MEMS电容式和MEMS压阻式两种技术类型。两者的主要差异点是，电容式传感器通常用于绝压测量，电阻式既可以测量绝压，也可以测量差压。在低压产品中，纳芯微产品主要以MEMS压阻式产品为主，可以满足绝压和差压/表压的测量需求。
中压传感器广泛应用在车载环境中，主要以电陶瓷式技术为主，包括陶瓷电容和陶瓷电阻两种压力传感器，部分场景会用到MEMS背压传感器，这些传感器的应用场景包括汽车机油压力检测、热管理冷媒压力检测等。在中压产品中，纳芯微主要提供的ASIC调理芯片，客户可以自由搭配敏感单元，做成相应的传感器模组。
高压传感器是通过前段的金属膜片来承压和感压的，因此一般采用玻璃微熔/薄膜溅射传感器，车载应用主要集中在刹车系统中，如ABS、ESC和EMB中。此外，面向工业应用领域还会采用充油芯体传感器方式。在高压产品中，纳芯微同样主要提供ASIC调理芯片，客户可根据自身需求组合对应的传感器模组。
压力传感器分类，来源：纳芯微
02.
压力传感器也有定制产品
尽管压力传感器原理大致相同，但在车载应用中，因环境复杂与功能要求多样，常需根据客户需求进行定制化设计。纳芯微与大陆集团的两次合作均围绕定制化产品来展开。在最新的合作中，纳芯微与大陆集团共同开发具有安全特性的车载压力传感器芯片，以大陆集团下一代全球平台为依托，重点提升产品可靠性和精度，将用于实现更加安全、可靠汽车侧面碰撞监测和电池包碰撞监测系统。
除客户的特殊需求外，应用场景的不同也会引起封装外形和工艺的定制化。如纳芯微车规级压力传感器NSPAS3N系列的升级版NSPAS3M，为了应对东南亚地区虫蚁多的场景，将原本的大孔封装优化成四小孔封装，以解决蚊虫进入传感器中导致传感器潜在失效。
定制化产品的挑战在于如何进行标准化，解决规模化和成本难题。针对此，纳芯微的解决方式是并行推进标准品和定制化产品开发。实际开发过程中，纳芯微会总结与积累与头部客户共同开发的定制化产品经验，并将其应用在标准化开发中，提升整体产品力。由于不同应用对产品规格和参数的要求差异显著，统一标准是一个较大的挑战。对此，纳芯微采用的以核心IP为基础进行平台化、模块化开发，在具体产品应用中，根据不同需求快速组合，从而提升开发效率和产品迭代速度，满足市场多样化的产品需求。
03.
车载压力传感器发展的新方向
毛怿奇解释道，压力传感器终极追求目标主要体现高性能、小型化、性价比等几个方面。
高性能主要涉及高精度、低功耗和鲁棒性三个方面。在车载具体要求方面，在高精度方面，以欧7标准标准为例，发动机进气的压力传感器要求精度要做到千分之五，对精度而言是一个相对较高的指标。在低功耗方面，尤其是对新能源汽车，在电池包热防护中，要求在停车的时候压力传感器在休眠状态的同时还要去兼顾电池包内的压力状态，要求尽可能做到低功耗。而在鲁棒性方面，在48V低压架构和高压新能源电池包的推动下，车内的电气环境越来越复杂，因此就需要传感器产品的耐受压力能够抵抗浪涌，提升抗冲击能力。典型案例中，DBCI（差模测试，排除地线以外的所有线束测试 ）的要求正在不断提高，进一步提升对传感器的性能要求。
小型化主要针对的是客户特殊的应用场景，典型的如刹车的压力传感器。受制于空间限制，ASIC芯片需要实现直接裸晶圆的封装，实现小型化。
性价比方面，除了产品层面的降本增效需求外，还需要快速响应市场需求，解决客户痛点。
具体在车载应用方面，压力传感器还受到智能化和电动化的影响。在传统燃油车型中，压力传感器主要应用在动力系统中进行进气检测、喷油检测，输出的信号以模拟信号为主。而在智能化和电动化的推动的下，压力传感器用量会进一步增加，接口协议也会进一步丰富。
对于新能源汽车而言，新增用量主要体现在两个方面，一是电池包中增加压力传感器进行热失控检测。二是电池包热管理系统中，需要增加传感器进行空调冷媒液压力和温度检测。
接口协议主要受不同的应用领域所影响。比如在动力电池包压力传感器中，需检测热失控检，从原来的模组类的CAN接口变成现在的BMS版上SPI接口。在热管理方面，从原来的模拟到采用采用LIN接口。LIN接口还有一个好处，可以同时输出温度和压力信息，也可以通过自动寻址的方式去做单一的LIN接口，外接多个传感器，通过地址的寻找，得到相应信息。这样就减少了接口的资源浪费。在碰撞类应用中，如安全气囊，因远距离安放传感器，需要类似于偏电流的传输方式，采用的PSI 5协议的接口。而在刹车系统中，随着未来EMB技术的应用，为满足其高功能安全对应的冗余要求，压力传感器将采用SENT协议。
接口协议丰富之后，对于压力传感器产品而言，意味着标准化难度上升。如上文提到，纳芯微的做法是将IP模块化，当客户提出需求时，可以根据设计需求，通过模块复用加速开发进程。此外，依托每个成熟的模块产品，在满足多样化需求的同时也可以降低开发风险。
另外一个趋势是集成自诊断、预测性功能。毛怿奇透露，最晚在明年初会推出一款用于电池包热失控的压力传感器产品，该产品带有自判定算法，能够实时分析压力值波动以及斜率变化，提前输出对应报警信号。
04.
十年，纳芯微压力传感器的升级之路
纳芯微首款压力传感器产品在2014年推出，即调理芯片NSA2200和NSA2300，面向汽车后市场应用。目前，NSA2200和NSA2300依旧在大批量稳定供货。2016年开始，纳芯微正式推出面向汽车前装的产品，即ASIC NSA/C9260系列，并在2018年广泛在商用车型上实现应用。2019年进一步丰富接口协议，推出带LIN和SENT输出的信号调理芯片。
同时在2019年，纳芯微开始布局MEMS压力传感器，聚焦于合封式的压力传感器。发布车规级MEMS压力传感器产品NSPAS1N，并在2022年推出旗升级产品NSPAS3N，进一步缩小体积。
2016年，纳芯微发布了首款车规级压力芯片ASIC NSA/C9260系列 ，符合AEC-Q100标准，并在2018年在商用刹车项目上实现批量装车，正式进军前装汽车行业。同期，纳芯微发布了工业级芯片NSA/C 2860 (X)系列产品，该芯片内部集成PGA、ADC、DAC，电流输出等功能，可有效降低系统尺寸。
2024年，纳芯微推出应用于刹车真空助力系统和油箱蒸发系统的基于陶瓷基板的NSPGL1表压传感器，进一步丰富了产品矩阵。
除不断丰富产品外，纳芯微对压力传感器技术也不断深耕。
毛怿奇分享时提到，从框图上看压力传感器核心电路主要是PGA、ADC（24位），进行小信号的放大和处理。但常规的ADC无法满足压力传感器要求，需要进行DC偏移，噪声的处理和滤波，这些都需要技术经验的积累。
另外在算法方面，除受感压单元影响外，主要是满足高精度信号的需求。为满足高精度要求，毛怿奇透露，纳芯微新一代产品中升级了校准算法，支持多点温压校准和多阶的温漂补偿。这些技术的升级都离不开纳芯微自有IP的布局。
总结
长期来看，芯片行业的竞争焦点终将回归到产品力和服务层面。这些能力的建设都需要时间的积累，同时也需要经受时间的考验。从压力传感器产品可以看出，以纳芯微为代表的国内头部芯片企业，在经过长达10年的稳定发展之后，不仅产品布局进一步丰富，而且在技术层面也完成了平台化、模块化的构建，进一步支撑多样性的产品开发。更难能可贵的是，各类产品已经做到了稳定供应，其初代产品更是稳定供应了十余年之久，做到了芯片供应的长期、稳定。凭借压力传感器产品实力，纳芯微也和大陆集团合作，走向全球，直面全球化芯片竞争。
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