昆泰芯KTM5900:高精度智能磁性传感器芯片赋能机器人与自动化

今天，由中国半导体行业协会集成电路设计分会、芯原股份共同主办的第十五届松山湖中国IC创新高峰论坛在东莞松山凯悦酒店举行，今年的主题是面向“具身智慧机器人”的创新IC新品推介。在会上，泉州昆泰芯微电子科技有限公司 CEO武建峰博士介绍了公司的高精度智能磁性传感器芯片KTM5900。

昆泰芯微电子专注于智能传感器芯片研发，公司产品以磁(cí)性(xìng)传(chuán)感(gǎn)器(qì)芯(xīn)片(piàn)为(wèi)龙(lóng)头(tóu)，产(chǎn)品(pǐn)线(xiàn)包(bāo)括(kuò)磁(cí)性(xìng)传(chuán)感(gǎn)器(qì)芯(xīn)片(piàn)、高(gāo)性(xìng)能(néng)传(chuán)感(gǎn)信(xìn)号(hào)调(diào)理(lǐ)芯(xīn)片(piàn)、光(guāng)学(xué)传(chuán)感(gǎn)器(qì)芯(xīn)片(piàn)以(yǐ)及(jí)温(wēn)度(dù)传(chuán)感(gǎn)器(qì)芯(xīn)片(piàn)等(děng)，其(qí)中(zhōng)3D霍(huò)尔(ěr)芯(xīn)片(piàn)、高(gāo)精(jīng)度低延时角度TMR编码器芯片、近零功耗磁性开关等均为世界领先水平。产品广泛应用于机器人与自动化、智能人机交互、新能源及智能汽车等领域。

机器人的本质是一个有智能的物理设备，感知功能是其核心功能。他提到，机器人对传感器有四大要求：广度、可靠度、速度、精度。编码器作为其中一种关键传感器，在满足这些要求方面发挥着重要作用。

武建峰博士提到，编码器芯片有三大原理：磁性编码器原理、光学编码器原理、电感编码器原理。编码器芯片主要用于机器人关节的位置、速度反馈，以及灵巧手的精细操作控制，是实现低延迟(如5ms以下)感知-决策-执行闭环的关键硬件。

在人形机器人中，为了实现对运动状态的精准感知与控制，系统内部至少需要配备数十个编码器，用于实时采集各个关节的位置、速度和角度信息。具体来看：每个旋转关节2个编码器，典型需要14个关节14个编码器；每个线性关节1个编码器，典型需要14个关节有4个编码器；每只手有6个编码器，双手需要12个编码器。

仅从上述典型配置来看，一个人形机器人就至少需要44个编码器，而随着自由度增加或控制精度提升，实际所需数量还可能进一步增长。这也对编码器提出了更高的要求。特别是低延迟，“因为机器人都要衰老了，机器人的关节还没有感知到，这是不行的”，武建峰博士特别指出。

此外还有成本的挑战，“现在用最便宜的磁铁+芯片+结构，整个编码器做下来都要100元、200元。整个机器人成本，想要走进工厂的话，大概是两年普工的工资，如果低于这个成本（企业）就愿意用，高于这个成本就不愿意用。”他进一步提到。

昆泰芯推出了编码器创新解决方案KTM5900，具备以下优势：一键实现自校准、两级256点查表、线性/非线性补偿、0.05°精度、TMR技术，能够满足一键闭环自校准，修正由于磁铁、安装等引入的误差。此外，该产品已经通过功能安全性要求，具备2M采样速率SAR ADC，适用于高精度多对级磁铁离轴中空编码器等场景。

针对有高速需求，推出了创新解决方案 KTH78系列，这是一颗高速高分辨率霍尔角度传感器芯片，采样率，输出频率达到能够达到1μS的速度。

此外，公司也做了光学编码器方案，但光学编码器面临粉尘、灰尘等问题，公司也在针对这些问题进行改进。同时，公司也正在研发电感编码器解决方案KTL91系列，产品精度优于 ±50 弧秒，能够达到23bit分辨率，支持高达 60,000 rpm 速度。

武建峰认为不会被某一个编码器“统治”，而是会根据需求进行适配。他提到机器人走进家庭还有相当长的一段时间，安全、成本、易生产性是三个关键要素。