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当我们开车的时候，随着刹车和油门踏板的调节，仪表盘会精确的显示我们开车时变化的速度，有好奇的同学想知道是怎么做到的吗？
以踩油门为例，在油门踏板附近位置安置了一个线性霍尔传感器，它能探测到油门踩的不同深度，然后将其转化为电信号，传递给发动机控制单元（ECU），进而控制发动机的转速和输出功率，在发动机的曲轴上又安装了一个速度霍尔传感器，通过监测发动机转速来计算汽车行驶速度，然后通过通讯链路传递到仪表盘上。这一整套丝滑的操作，离不开我们今天要聊的主角-霍尔传感器。
所谓霍尔传感器，即以霍尔效应为基础原理制成的传感器，它是指给一块霍尔元件（由一块矩形P型半导体材料组成的薄片，一般是锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟，越薄测的电压越高）通上电，电流会从霍尔元件流过，但是当你拿着一块磁铁靠近这个霍尔元件，会干扰霍尔元件上电流的运动方向，在电流和磁场的垂直方向会产生附加电场，从而在霍尔元件两端形成电势差（如下图所示）。经过测量这个电势差，一般是由处理电路（放大器、比较器、ADDA 及控制电路等器件）负责放大和处理信号，从而检测物体的运动位置、速度、角度和电流等，霍尔传感器属于一种非接触式的传感器，测量范围广、体积小、寿命长、耐振动、耐腐蚀、低成本，得以广泛应用在汽车上。下图为霍尔效应原理：
霍尔传感器属于磁传感器家族，与霍尔效应相对的是磁阻效应，它是指霍尔元件在有磁铁靠近时，霍尔元件上的电阻值会发生明显的变化，经过测量电阻值可以精确的测量磁场，具体来说，又分为AMR（各向异性磁电 阻效应）、GMR（巨磁阻效应）和TMR（隧道巨磁电阻效应），磁阻效应的传感器精度高，功耗低，比较先进，但是成本高，并且在汽车这种对功耗不敏感，工况又很复杂的领域不太合适，相比之下，它更合适消费及工业的部分特定场景，通常用于电脑硬盘磁盘控制头、手机地磁检测、高精度小体积电流检测等。值得一提的是，在汽车智驾电流检测等部分场景对于磁传感器的测量精度等性能要求持续提升，TMR有望成为霍尔传感器的有效补充。总体来说，在应用上，霍尔传感器占大头，大约70%，磁阻效应传感器是个有效补充。霍尔传感器和磁阻传感器对比如下：
从应用上来说，对于霍尔传感器来说，霍尔元件两端的电压，是随着磁铁离霍尔元件的位置呈线性变化的，这种霍尔传感器叫线性霍尔，一般用在方向盘EPS、油门踏板、刹车踏板，电子换挡等需要测线性变化的场景。如果在电路中加一个施密特触发器，只检测开和关两种状态，那就是开关霍尔，通常用于汽车电动座椅、电动天窗、电动尾门、车窗等有小电机的场景。如果把传感器安在汽车曲轴上，如文章开头所说，就是速度传感器，发动机每转一圈，霍尔元件上的电流变化一次，通过计算这个次数，就能算出速度了，同理也用在ABS轮速检测（防抱死）、凸轴位置检测，也叫汽缸识别传感器。对于电车来说，还有的重要的霍尔传感器叫电流传感器，原理是原边电流变化引起磁场变化，霍尔原件按特殊的比例转化为电压输出，通过比例关系计算，测出原边电流的大小，电流传感器大范围的应用在OBC、PTC、BMS、主驱动等部位，近年来随着电车的发展逐渐蓬勃起来，也是资本追捧的方向。以下是霍尔传感器在车上的应用：
除了车之外，霍尔在工业和消费领域也有广泛应用（具体如下图），但是应用领域相对来说还是比较分散，而且用量跟车没法比，据数据统计，霍尔传感器在车上的应用占比将近60%，剩下25%为消费，15%为工业，所以对这个赛道来说，得车规者得天下。
接下来测测市场容量，拿汽车举例，一辆车平均40个小电机应用场景，假设每个场景用一颗开关霍尔传感器，开关霍尔平均一颗4毛钱，单车价值就是16块。线性霍尔和速度霍尔要分油车和电车，油车有发动机、变速箱等机械装置，因此速度传感器用量要大一些，电车虽然省掉了这些，但是电流传感器用量也大。平均来说，油车线性和速度霍尔加起来平均用量30颗，电车20颗，平均每颗价格2.4元，油车单车价值就是72元，电车就是48元。电流传感器在电车上大概平均用20颗，每颗按2.2元算，单车价值就是44块。2023年中国汽车产销量大概3000万辆，油车2000万，电车1000万，简单计算一下，市场总容量大概28亿左右。根据根据 ICV TANK研究报告，中国 2022 年汽车电子领域磁传感器芯片商品市场规模约为 3.68 亿美元，大约25.76亿人民币，跟我们测算的数据也差不多，因此二十多亿是大概率的（计算过程比较粗糙，杠精勿扰，欢迎理性指正），精确的错误毫无意义，我们追求模糊的正确即可。
假设这20多亿的蛋糕全让一家国产芯片商吃到，那支撑一两家上市公司还是问题不大的，然而现实是残酷的，在车规霍尔的主战场，国内厂商市场占有率不足 10%，市场占有率排名前五的厂商分别是 Allegro、Infineon、NXP、Melexis、TDK，其市场占有率合计达到约 80%。那么问题来了，做霍尔传感器的国产厂商也不少，他们都在干啥呢？
没错，他们大都挤在分散的消费市场以及两轮车等门槛较低的工业市场，在摘低垂的果子。这跟电源管理芯片等其他芯片的格局很像，都是国产在低端消费搞内卷，国际巨头在高端工业和车规高毛利吃肉。不过有一点不像，就是电源管理和功率等赛道，消费市场蛋糕占大头，因此先做消费无可厚非。不过在霍尔传感器领域，消费和工业占小头，大家都挤在这里就不合适了，因此国产霍尔芯片做了这么多多年，没有一点一个家体量能起来，已经上市的灿瑞，在消费领域占比比较高了，传感器营收一年也才2个多亿，还是靠电源管理芯片和封测等七七八八拼凑起来，才勉强支撑起一个上市公司应该有的体量。
那车规霍尔到底难在哪里呢？研发门槛自然不用说，但这不是最重要的，最重要的是要保证自身产品质量放心可靠，这代表着产品要过各种认证，企业内部要建立完善的质量体系，跟供应商有稳定可靠的关系，在产品出了事儿之后有赔付的能力，外加长达一两年的验证周期，这些对于小公司来说很不友好。尤其是做消费的来转做车规，没踩过相应的坑，难度是非常大的。对于车厂来说，一个霍尔传感器几块钱，如果涉及到ABS轮速这类跟安全相关的，更没有谁愿意拿着自己的品牌信誉去冒险用国产的。
那国产霍尔芯片厂商做车规就彻底没机会了吗？答案是否定的，有部分企业如赛卓，在2021年前后芯片缺货的时候，打入了车规供应链，获得了入场券，既然上了牌桌，就可以慢慢出牌，积累实力了。另外有一些大公司，知道车规的产品怎么做，有能力也有实力去试错，如纳芯微、艾为、思瑞浦等，也在霍尔传感器领域蠢蠢欲动。再者，市场是变化的，中国电车的崛起带动了电流传感器的发展，这块我们和国外的差距没那么大，新公司把这个作为突破口去做车规市场也是一个很好的切入口，我们很欣喜的看到已经有部分公司已切了一点蛋糕。另外，新技术的发展也会带来机会，比如车规3D霍尔，TMR电流传感器，磁编码器等，勇于探索商业模式的公司把这里面的某一个技术做到顶级，像一把尖刀一样先切入市场，然后再横向拓品类，也是一个很好的出路。
低垂的果子摘完了，高处的咱也得往上拱，以中国人卷遍全世界的精神，我相信成功只是时间问题，我们也等着A股出现一家车规霍尔概念的上市公司。
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