傳感器是助力機器與周圍環境交互的無形推動者，為汽車、工業機械、智能家居產品和移動電話等設備的穩定運行提供堅實支撐。為了讓日益增長的數字化和電氣化世界得以蓬勃發展，我們需要借助各種傳感技術來實現精確感知。

為實現高級駕駛輔助系統（ADAS）功能，汽車需要集成一系列精確的傳感器。這些傳感器不僅能夠無縫融入大規模生產的機械組件中還需要與其他類型的傳感器協同配合。同樣，在工業自動化以及消費電子領域，最新一代的解決方案正在執行越來越復雜的自主操作任務，這再次需要高質量的感知解決方案。

25年前，在洛桑聯邦理工學院（EPFL），一項突破性的創新技術應運而生。這項技術旨在克服單平面霍爾效應傳感器的諸多短板，最終發展成為Triaxis——市場上領先的多軸磁傳感技術之一。

Triaxis的誕生

在邁來芯Triaxis產品問世20周年之際，本文將回顧從研究實驗室到汽車級產品，并拓展至其他領域的復雜歷程，同時探討當今和未來對3D磁傳感技術的多樣化需求。

磁傳感的演變

隨著汽車技術逐步從純機械系統轉向先進的電子控制，油門和制動踏板等系統的技術要求也發生了變化。車輛系統的日益電氣化要求傳感器不僅能夠檢測機械系統的運動，還與車輛電子控制單元（ECU）無縫集成。

工業應用中也出現了類似的發展趨勢。隨著制造和配送等應用中的機械設備不斷發展，融入更快、更復雜的運動模式，需要更先進的傳感器以確保操作能夠準確、安全地進行。

隨著對先進位置傳感的新需求出現，改進霍爾效應傳感器的研究工作已經在進行中。傳統的霍爾效應傳感器只能檢測垂直于其表面的磁通量，在更復雜的汽車和工業系統中，它們的有效性受到限制。

然而，EPFL的一個研究團隊，包括邁來芯的Christian Schott，提出了一種理論，即通過結合集成電路（IC）技術和磁聚磁器，可以測量磁場的多個分量，而不再局限于單一分量。然而，將這一概念轉化為可行的技術產品面臨著重大挑戰。

Triaxis：位置傳感的變革者

集磁點（IMC）的開發，并將其添加到CMOS芯片中，在霍爾效應傳感的發展中起到了關鍵作用。通過使傳感器能夠使用單個集成電路測量所有三個磁通量分量——BX、BY和BZ，這項專利技術實現了從單平面到雙平面，再到全三平面磁傳感的過渡——Triaxis之名因此而來。

通過彎曲和聚焦磁場線，IMC能夠通過芯片的水平霍爾板檢測它們。

CMOS芯片配備了四個霍爾板，每個平面方向在IMC下方有兩個。這種對稱排列方式使得每個磁場分量都可以通過四個板測量的霍爾電壓的線性組合來導出。

在實驗室設計的早期階段，研究人員嘗試并研究了各種聚磁器形狀，最終選擇了當前的圓盤設計作為前進的方向。即使在早期開發階段，該創新也顯示出了其優勢，芯片提供了精確的非接觸式線性、旋轉甚至3D磁力計讀數。

擴大解決方案規模：克服生產和測試難關

雖然3D磁傳感的前景顯而易見，但擴大生產規模帶來了獨特的挑戰。對于這項此前從未存在過的技術，仿真工作無法開展，Christian Schott和他的同事制造的第一個傳感器需要手動組裝。這意味著IMC是手工連接到CMOS芯片上——這是一個勞動密集型且無法擴大規模的生產過程。

然而，得益于設計的相對簡單性，邁來芯向大規模生產的轉變相對順利。用Christian的話說，“這項技術采用了可靠的CMOS技術，并添加了一個相對低技術含量的部件”。因此，大部分芯片開發工作都集中在驗證技術和增強設備的精度和功能上。

與任何突破性技術一樣，測試和校準方法必須從零開始進行開發。為了應對這一挑戰，邁來芯的EPA團隊開發了定制的機器，可以產生高速磁波形，以驗證3D磁傳感器的精度和操作性能。

正是原始突破成果與邁來芯的開發創新和新的制造技術方便的努力的結合，才將Triaxis成功轉變為一種市場就緒的解決方案。

汽車行業的完美契合

在2000年代中期，邁來芯開始小批量生產第一批Triaxis傳感器，這些芯片最初用于轉向角、制動踏板和油門踏板傳感等應用。

Triaxis進軍汽車行業的時機恰到好處，與當時該行業的目標完美契合。Triaxis的靈活性使工程師能夠設計易于制造、更可靠且通常更具成本效益的系統。

在汽車行業，傳感器必須能夠在惡劣條件下工作，并長時間保持性能穩定性。Triaxis通過160℃的工作溫度限制以及檢測磁通量的多個分量的能力解決了這些挑戰，實現了更寬松的機械公差和設計靈活性，可以使用更小的反饋磁鐵。

第一個型號MLX90316證明了多軸傳感不僅是可行的，而且在商業上也極具潛力。隨著越來越多的制造商認識到該技術的優勢，需求不斷增長，2010年的需求比前一年增長了十倍，這充分證明了該行業對這項革命性技術的認可。從那時起，Triaxis技術又進行了進一步的改進和優化。

隨著行業向電動汽車（EV）轉型，Triaxis再次展現出強大的發展潛力。傳統傳感器通常會受到現代電動汽車中使用的高壓電纜和電動機引起的干擾。為了克服這一點，第三代Triaxis傳感器增加了抗雜散場磁場（SFI）功能。

功能安全性也得到了持續改進，現在的型號支持ASIL C實施，并集成了全套板載診斷功能，以確保安全準確的操作。此外，由于基于霍爾效應原理，這些傳感器非常適合與其他傳感器類型（如感應芯片）一起部署在安全關鍵的異構設置中。

精度也隨著一代又一代的改進而提高，信噪比（SNR）和精度的進步使Triaxis 芯片能夠在日益苛刻的應用中提供更可靠和強大的性能。

從汽車到機器人：拓展應用視野

邁來芯的Triaxis技術可以在各種行業和應用中找到，從游戲機控制器到先進的工業自動化。然而，Triaxis在其誕生約20年后，其下一個前沿應用領域是機器人技術。

隨著市場不斷擴大，機器人技術越來越普及，尤其是與人類密切合作的協作機器人的出現，市場對提高效率和可重復性的需求日益迫切，同時要求在降低成本的同時，不影響性能或安全性。邁來芯目前正在開發三種源自經過驗證和可靠的汽車Triaxis技術的新“子”發明-Tactaxis、Arcminaxis和Elaxis。

Tactaxis：用于機器人的先進力傳感器解決方案

對于工業機器人和人形機器人來說，處理精細物體，精確的力測量至關重要。為了滿足這一需求，邁來芯開發了Tactaxis，這是一種高度緊湊的3D力傳感器，由嵌入彈性體材料中的Triaxis 3D磁力計組成，本質上為機器人帶來了類似人類的觸感。

這種獨特的結構使傳感器能夠檢測作用在其表面上的3D力矢量，并且力分辨率高達2.7mN，它可以檢測微小的變化，例如僅0.3克的重量變化。與競爭的光學觸覺傳感器不同，Tactaxis是一種完全集成的解決方案，這意味著可以大規模生產工廠校準的傳感器，從而帶來巨大的成本和可靠性優勢。

邁來芯Tactaxis傳感器已經成功集成到蘇黎世聯邦理工學院Faive機器人團隊的人形機器人手中。每個機器人手指都配備了一個3D觸覺傳感器，可以精確檢測物體的滑動，并實現復雜的抓取操作。

Arcminaxis：關節控制的精度

Arcminaxis為需要精確關節控制的機器人（如工業機器人和外骨骼）提供了一種解決方案。它為測量位置和速度提供了18位分辨率和12位精度。

借助多磁道磁鐵，基于Triaxis的位置傳感器可確保可靠的性能，其片上校準通過放寬機械公差簡化了組裝過程。與其他雙磁道角度傳感器不同，邁來芯的設計有助于降低組裝公差和整體物料清單

Elaxis：緊湊的扭矩傳感

邁來芯Elaxis專為需要在軸上進行扭矩測量的工業機器人、協作機器人和外骨骼而開發。該解決方案提供了一種緊湊且抗雜散磁場的選擇，專為剛性軸設計。

與其他磁彈性系統相比，這項創新對3D場具有靈敏度，并且是完全集成的，使其既經濟高效又易于擴展，以滿足機器人不斷增長的生產需求。

結論：

在過去的20年里，Triaxis技術已經從一個極具前瞻性的概念逐步轉變為一個值得信賴的解決方案，提高了多個行業的精度和性能。從汽車系統到機器人技術，Triaxis不斷發展，為各類應用提供增強的安全性和控制能力，并實現先進的運動傳感功能。

隨著自動化和電氣化領域的新挑戰不斷涌現，邁來芯將繼續致力于推進多軸磁傳感技術的發展，確保Triaxis在智能系統的未來中發揮重要作用。