纳芯微压力传感器助力车企满足最新国六标准

　　国家第六阶段机动车污染物排放标准(以下简称：“国六”标准)的发布，旨在从源头着手改善空气质量‌，显著减少汽车尾气中的有害物质排放，对汽车燃油系统提出了更高的要求。为了帮助车企更好地响应“国六”标准，作为高性能高可靠性模拟及混合信号芯片的公司，纳芯微此前发布了NSPGL1系列压差传感器和NSPAS5N系列绝压传感器，从灵敏度、品质、灵活性等多个方面赋能车企和零部件供应商。

　　“国六”标准下的压力传感器需求

　　“国六”标准是国家根据国内的环境状况和国际的技术发展，对汽车尾气排放的限值和测量方法进行修订和升级的标准，分为“国六a”和“国六b”两个阶段，分别于2020年和2023年实施。相较于“国六a”，“国六b”在各方面都更加严苛，比如在氮氧化物方面，“国六a”的排放标准为每公里60毫克，“国六b”则是每公里35毫克。行业人士普遍认为，“国六a”是过渡标准，“国六b”才是真正的“国六”标准。为了满足严苛的“国六”标准，车企需要在车辆发动机、尾气处理设备等方面增加了更多的技术投入。以轻型汽油车为例，缸内直喷(GDI)、涡轮增压、三元催化(TWC)、汽油颗粒捕集(GPF)、车载加油油气回收(ORVR)等技术均得到了改善或应用。也就是说，“国六”标准让汽车燃油系统设计发生了明显的改变。这也带来了大量的、新的传感器需求。如下图所示，为满足“国六”标准，发动机管理系统用到了种类丰富的MEMS压力传感器。

　　其中，曲轴箱通风压力传感器的作用是测量曲轴箱内的压力与大气压力的压差，并以信号形式发送至发动机控制装置。为了响应“国六”标准，汽车燃油发动机的设计都会进行曲轴箱通风系统设计，将曲轴箱内的混合气通过连接管导向进气管的适当位置，返回气缸重新燃烧，既可以减少排气污染，又提高了发动机的经济性。同时，在发动机低怠速时，曲轴箱是负压状态，如果不进行强制通风，将会严重影响发动机的性能和排放。要实现这些功能，离不开曲轴箱通风压力传感器。

　　碳罐脱附压力传感器的功能是感应脱附路径的压力变化，转换成电压信号提供给控制系统，以适时开关阀门。碳罐是车载加油油气回收(ORVR)系统的一部分，“国六”标准要求，汽车加油时产生的汽油蒸汽都要存储在碳罐里，向大气的排放量要接近于零，因此满足“国六”标准的汽车相较于“国五”标准的汽车增加了碳罐通大气口的密封装置，通过碳罐脱附压力传感器配合软件实现“零排放”的目标。

　　尾气回收系统压力传感器是为了减少汽车尾气排放量而设计的，其主要作用通过回收和利用排气管中的废气热能来为发动机供应额外的能量。在尾气回收系统中，压力传感器可以感受到因发动机启动而导致的系统压力变化，帮助系统控制回收系统的阀门，使回收的废气热能被最大限度地利用，减少尾气排放对环境造成的污染。

　　其他的压力传感器在此不再一一展开，当然这些压力传感器都面临一些共性的挑战。首先，相较而言应用于燃油管理系统的压力传感器，其工作环境大都比较恶劣，除了高温、高压之外，还要面临油气的腐蚀，以及振动等因素的影响，但系统需要这些传感器在恶劣的环境中依然能够稳定工作，以改善汽车排放指标。其次，不同类型的汽车对于MEMS压力传感器的性能要求也不一样，比如混动汽车和传统燃油车由于发动机工作状态不同，还有常压和高压油箱的区别，便会对MEMS压力传感器提出不同的需求。

　　当然，机遇总是和挑战并存。国六标准要求所有燃油蒸汽压力传感器(FTPS)、GPF压差传感器必须100%安装，碳罐脱附压力传感器的安装率达到50%以上，同时商用车还需安装DPF压差传感器，因此各类型MEMS压力传感器的用量是非常可观的。纳芯微最新发布的NSPGL1系列压差传感器和NSPAS5N系列绝压传感器，在灵敏度、品质、灵活性等多方面都达到了行业顶尖水平，能够帮助车企更好地响应“国六”标准，打造高性能、低排放的发动机系统。

　　更可靠、更灵敏、更易用的NSPGL1系列

　　NSPGL1系列是纳芯微专为燃油蒸汽压力监测、曲轴箱通风泄漏检测、刹车助力真空度检测等应用环境设计的压差传感器。纳芯微电子市场经理毛怿奇表示：“NSPGL1系列的推出对于纳芯微产品升级和客户方案升级都有着重要意义。相较于纳芯微上一代模组类型的产品，NSPGL1系列在外形和腔体设计方面都有明显的改变和提升，通过高度集成的方式简化了车企的PCB元器件管控;相较于国际厂商提供的无PCB(PCB-less)方案，NSPGL1系列基于芯片的实现方式在成本方面有着巨大的优势，且又能在外形上完美兼容国际厂商芯片级方案，无需客户重新开模设计，减少了方案升级的研发周期。”

　　从产品特征性能不难看出，纳芯微NSPGL1系列压差传感器具有显著的高精度、高品质和易于使用的优势。NSPGL1系列实现了100%出厂预校准，提供高精度、宽温区、高度线性、高稳定性的性能表现，在-40℃~130℃全温范围内支持100%温度补偿，精度优于±2.5%F.S.。毛怿奇强调：“相较于当前市面上的竞品，NSPGL1系列的反应更加灵敏，响应时间大概在0.8毫秒。与国际厂商相同精度产品相比，NSPGL1系列的功耗远低于竞品。并且，和竞品只提供几个固定量程不同，NSPGL1系列支持客户定制量程，以极高的灵活性满足差异化需求。”

　　据介绍，NSPGL1系列支持0~±5kPa/±35kPa/±100kPa内量程可定制，可轻松满足传统车的常压油箱压力(4kPa~7kPa)检测，混动车的高压油箱压力(35kPa~40kPa)检测，以及刹车真空度助力(0~-100kPa)压力检测等场景。

　　NSPGL1系列具有出色的产品品质，产品设计、晶圆制造、封装测试和校准全部满足车规级要求。NSPGL1系列通过高达18V的高压供电，支持反压-24V过压28V保护，可承受3x过载压力和5x爆破压力。为了适用于恶劣的油气环境，NSPGL1系列采用独特贵金属焊盘的MEMS芯片搭配陶瓷基板封装。毛怿奇指出：“目前，大部分MEMS传感器采用铝焊盘，在强酸、强碱或者强氧化性的条件下容易被腐蚀，而油气中的一氧化硫、二氧化硫和氮氧化物等气体，遇水都会形成酸。NSPGL1系列通过采用贵金属焊盘的MEMS设计，后续可以通过对ASIC进行贵金属化升级来轻松应对这些挑战。

　　此外，上述已经提到，纳芯微NSPGL1系列完美兼容当前市场上主流的产品，简单易用，可移植性好。毛怿奇透露：“NSPGL1系列下一步的优化方向是通过国内供应链实现进一步降本，以提升客户方案的性价比，并确保客户产品的供应链安全，同时，纳芯微NSPGL2系列正在加紧研发，预计将会在2025年Q4推向市场，产品集成化程度进一步提升，届时在燃油蒸汽压力监测、曲轴箱通风泄漏检测、刹车助力真空度检测等应用方面，方案的外围器件将大幅减少至2-3颗。”

　　支持亚毫秒级快速响应的NSPAS5N系列

　　NSPAS5N系列是纳芯微打造的适配尾气再循环系统的绝压传感器。和NSPGL1系列一样，NSPAS5N系列所处的工作环境同样恶劣，在带尾气的进气歧管压力检测(EGR-TMAP)等环境中，尾气里的有害气体也容易形成强酸、强碱、强腐蚀环境。毛怿奇介绍说：“采用贵金属焊盘设计的NSPAS5N系列能够以出色的产品品质轻松应对这些环境挑战。更为重要的是，NSPAS5N系列能够在如此严苛的环境中保持稳定的高精度输出。”

　　NSPAS5N系列的高精度、高品质特性与NSPGL1系列类似。NSPAS5N系列也具有高度线性、稳定性好和无需校准的优势，提供100%温度补偿，在0℃~85℃温度范围内输出精度优于±1% F.S.，-40℃~130℃全温范围内精度优于±1.5% F.S.，且工作电流小于3mA。NSPAS5N系列也采用高达18V的高压供电，支持反压-24V过压28V保护，可承受3x过载压力和5x爆破压力，并借助贵金属焊盘设计应对环境挑战。

　　NSPAS5N系列还具有业界领先的响应速度，提供多种输出方式，支持模拟比例/绝对输出，并在10kPa~400kPa内量程可定制。NSPAS5N系列支持亚毫秒级快速响应，响应时间小于1ms。为此，纳芯微在两个方面做了特别的增强：其一是MEMS传感器的灵敏度提升;其二是降低调理芯片的响应时间。这种快速响应特性可以让尾气再循环处理系统更快、更准确地获取数据，以帮助燃油系统调整喷油比，让燃烧更加充分。

　　面向未来，纳芯微MEMS压力传感器将着重在两个方向上进行增强。第一个是SPEC层面的提升，包括MEMS传感器的精度提升，从1.5%或1%向5‰迈进，过反压能力提升至±40V以及EMC/ESD能力的提升;MEMS传感器工作温度区域的提升，从-40℃-125℃到AEC-Q100 Grade 0级别的-40℃-150℃，并着力优化传感器的封装形式。

　　第二个是接口丰富度的提升。当前，随着新能源汽车上的创新应用不断涌现，MEMS传感器上的接口已经从传统的模拟接口转变为SPI、SENT、LIN和PSI5等接口类型，丰富的接口能够满足方案商更多元化的设计需求。

　　结语

　　“国六”标准实施的目的是减少机动车尾气排放对环境的污染，保护生态环境。但对传统燃油车和混合动力汽车而言，却是一个巨大的挑战，需要从整个发动机管理系统着手改善排放指标。在此过程中衍生出了大量的传感器需求，因而纳芯微NSPGL1系列和NSPAS5N系列有着巨大的市场空间。

　　NSPGL1系列和NSPAS5N系列展现出了领先行业的性能，包括高灵敏度、快速响应和稳定可靠等。同时，得益于纳芯微在MEMS压力传感器领域长期秉持的全自研策略，NSPGL1系列和NSPAS5N系列有着出色的定制化属性，可以更灵活地满足客户需求。