汽車電子控制系統遵循常規控制系統的基本邏輯，包括：感知、控制、執行三大環節。傳感器作為獲取系統及環境狀态的感知單元，控制單元結合傳感器輸入信号及控制邏輯計算來輸出控制指令，執行器完成相應動作，形成閉環控制。

汽車傳感器種類繁多，按傳感器門類來說包括壓力、溫度、氣體、加速度、角度、位置、轉速等。除此之外，還包括攝像頭、雷達等新型傳感器子系統。

以壓力傳感器為例，其廣泛使用于發動機管理系統、舒适系統、傳動系統和安全系統等。其中，MEMS壓力傳感器因尺寸小、靈敏度高、成本低等特點，在5~500kPa量程範圍内的中低壓力量程應用中占據主要地位。MEMS壓力傳感器一般以矽基實現信号感知，通過信号調理電路實現敏感器件的小信号校準、放大、線性化等處理，并根據後端系統需求提供不同信号輸出形式。通常敏感器件實現包括壓阻式和電容式兩種方式。壓阻式可以實現包括絕壓、差壓等不同信号測量方式，而電容式産品通常隻适用于絕壓信号測量。本文重點介紹MEMS壓力傳感器在汽車中的典型應用。

圖1：滿足國六标準的動力總成與燃油供給系統中的MEMS壓力傳感器

以發動機管理系統為例，會使用到的MEMS壓力傳感器如圖1所示，包括：進氣壓力傳感器TMAP(1&2)、渦輪增壓壓力傳感器EGR TMAP(3)、尾氣壓差傳感器DPF/GPF(4)、油箱蒸發洩露壓力傳感器EVAP(5)、碳罐脫附壓力傳感器(6)、尾氣回收系統壓力傳感器(7)。

圖2：典型TMAP傳感器結構示意圖

進氣壓力傳感器其典型結構如圖2所示，通常需要的壓力範圍在10-115kPa、10-250kPa和50-400kPa，分别應用于自然吸氣發動機、渦輪增壓發動機和帶EGR尾氣再循環的發動機系統，發動機燃燒需要控制空燃比，而進氣壓力傳感器是燃燒控制系統的重要信号反饋，通常對壓力檢測的精度和動态響應時間有較高要求，而輸出通常采用0~5V的模拟電壓的比例輸出形式，這樣當ECU中的ADC與壓力傳感器使用相同的VDD作為基準電壓時，可以消除因電源電壓VDD波動産生的誤差，而電源波動在汽車電子系統中是難以完全消除的。

除此之外，随着汽車電子總線化趨勢和車載傳感器數量及精度要求的提升，SENT接口傳感器使用越來越多，尤其是在Powertrain系統中。SENT協議最早為GM公司發起，後成為SAE J2716标準，并在汽車電子中廣為應用。因其點對點、單向傳輸特性，相比CAN或LIN接口具有更好的成本優勢，無需專用收發器，且具有不錯的傳輸速度。另外因其采用單線形式，傳感器僅需電源、地線、信号線，可以将傳統模拟電壓輸出傳感器平滑升級為SENT輸出形式，線束、插針等改動很小，并具有更多的故障診斷和數據傳輸能力，成為未來動力總成系統傳感器主流輸出形式。

相比普通IC，MEMS壓力傳感器除了原理差異外，應用環境也具有非常大的區别，以進氣壓力傳感器為例，其測量的是物理量而非電學量，傳感器需要特殊封裝将變化的氣壓導入到MEMS敏感膜上，而汽車應用環境決定其氣氛中帶有各種潛在的水汽及腐蝕性成分，故而需要在MEMS敏感膜上塗敷保護介質，實現壓力變化傳遞的同時保護敏感元件免受環境的侵蝕，同時需要保證在全溫區和全壓力量程範圍内具有良好的精度性能及長期可靠性保證。通常汽車MEMS進氣壓力傳感器工作範圍覆蓋到-40℃~125℃，有些應用如帶廢氣再循環EGR系統的發動機，其進氣口将包含尾氣成分，會帶來更高的溫度挑戰及更多的化學成分如鹵素等的侵蝕挑戰。

圖3：油箱蒸發洩露壓力傳感器結構示意圖

油箱蒸發洩露壓力傳感器是燃油蒸汽管理系統EVAP(Evaporative Emission System)中的重要組成部分，其典型結構如圖3所示。油箱中會産生燃油蒸發，通常燃油系統中會設置活性碳罐來對油氣進行吸附，同時活性炭罐具有一定的脫附壓力。有研究标明，油氣蒸發排放是汽車排放出的VOC的最大源頭，也是城市産生霧霾和PM2.5等污染物的最主要源頭。美國對機動車排放較早采用了嚴格标準，中國“國六”标準對排放指标要求進一步提高，而燃油蒸汽壓力傳感器和搭配的碳罐脫附壓力傳感器成為必然的選擇。

其中碳罐脫附壓力傳感器的量程較小，通常ICE内燃機發動機系統所使用的量程為-3.75kPa~1.25kPa，測量值為油箱内相對外部大氣壓力差，也就意味着滿量程僅有5kPa，屬于表壓測量。其較小的測量量程對MEMS壓力傳感器本身的性能和封裝及校準具有較大的挑戰，且因為應用環境在油箱系統，傳感器需要能夠滿足對汽油蒸汽等腐蝕性的介質耐受，并具有寬溫補償能力。與之搭配的還會使用碳罐脫附壓力傳感器，其測量量程與TMAP進氣壓力傳感器類似，通常為115kPa絕壓。

尾氣後處理系統也是“國六”标準關注的重點，增加了一系列傳感器、執行器和控制策略來進一步降低排放，提高燃燒效率。比較典型的MEMS壓力傳感器是監測顆粒物捕捉器狀态的壓差傳感器，該顆粒物捕捉器在柴油機系統上稱為DPF，汽油機系統上稱為GPF。

圖4：DPF尾氣壓差傳感器結構示意圖

以柴油機系統為例，圖4是典型的DPF尾氣壓差傳感器的結構示意圖。該差傳感器總成結構上帶有兩個氣管，分别安裝軟管連接到DPF捕捉器的前後兩側，通過内部結構實現兩端壓力差分别反應到MEMS敏感膜片的兩側。

當DPF堵塞時其前後端壓力差會非常明顯，DPF壓差傳感器的典型量程為100kPa，通常為比例輸出的模拟電壓信号，該傳感器的應用環境條件較為惡劣，設計時需考慮到尾氣中的高溫及腐蝕性成分對傳感器的影響。

納芯微NSPAS1與NSPAS3系列集成式壓力傳感器采用SOP8封裝，集成MEMS與ASIC，并在出廠前預校準，輸出曲線可靈活配置，能夠滿足多種應用中對壓力傳感器的靈活需求。針對惡劣介質，納芯微可提供絕壓Pt鉑金MEMS晶圓NSP163X，NSP163X具有極高的可靠性與介質耐受能力，是應用于惡劣介質環境的理想選擇。

納芯微NSPGM系列集成表壓傳感器方案可以靈活應用于燃油蒸汽壓力表壓測量及DPF和GPF尾氣壓差測量等領域，并能夠搭配差壓Pt鉑金MEMS晶圓NSP183X滿足尾氣和油氣腐蝕性環境的特殊要求。

除上述燃油汽車傳感器應用外，納芯微MEMS壓力傳感器也可應用在HEV混動汽車和BEV純電動汽車，如帶有啟停功能和混動汽車中的刹車助力系統會使用MEMS壓力傳感器檢測真空度，新能源汽車中可以使用MEMS壓力傳感器檢測電池包壓力，用于熱失控報警。

綜上所述，納芯微電子可以提供适合于上述多種應用的全方位解決方案，包括MEMS敏感元件、ASIC信号調理芯片以及補償校準好的集成式傳感器芯片或定制模組形式。并能夠提供耐受惡劣介質腐蝕的貴金屬MEMS及SENT、LIN等多種接口ASIC和針對應用優化的靈活的解決方案，滿足汽車嚴苛及高可靠性的應用要求。上海錦町新材料科技推出的高性能銅系列合金材料，解決汽車微電子的高強度，高可靠性，耐熱性，有關金屬材料方面的相關需求，歡迎大家商讨，洽談，合作。

來源：上海錦町新材料科技整理自網絡

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