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ToF传感领域的搅局者:压电式MEMS超声波ToF传感器
发布时间: 2017-12-21 点击量:267
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转自MEMS


据麦姆斯咨询报道,低功耗超声波传感器先锋企业Chirp Microsystems公司(以下简称Chirp),近日宣布推出了全球尺寸最小、功耗最低的超声波飞行时间(time-of-flight,ToF)传感器CH-101和CH-201。




Chirp公司推出的全球尺寸最小、功耗最低的超声波ToF传感器,大小仅为传统超声波ToF传感器的1/1000,可应用于消费电子、机器人以及无人机等领域

作为汽车和工业应用,以及无人机和机器人等领域最佳的测距传感器,超声波ToF传感器具备多种优势。不论探测目标的尺寸或颜色如何,超声波ToF传感器都能够提供最精准的距离测量,并且无惧环境噪音的影响。而且,不同于光学ToF传感器,超声波ToF传感器能够在日光直射下正常工作。Chirp公司最新推出的超声波ToF传感器,相比早期的传统超声波ToF传感器,尺寸和功耗足以应用于智能手机等空间十分有限的消费类应用。

关于CH-101和CH-201

超声波ToF传感器CH-101和CH-201通过发射“Chirp(啁啾)”超声波,然后接收传感器视场范围内物体的回声,根据声波传输的速度,就可以精准的测量周围物体的距离和位置。


Chirp公司超声波ToF传感器工作原理

Chirp公司的CH-101和CH-201是全球首款商业化的MEMS超声波ToF传感器。这两款微型器件采用了压电MEMS技术,尺寸仅为3.5 mm x 3.5 mm,整合了一颗MEMS超声波换能器和一颗定制的低功耗CMOS片上系统(SoC),能够在芯片内进行所有的超声波信号处理。跟MEMS麦克风相似,CH-101和CH-201提供3.5mm LGA封装,供电电压1.8 V,支持I2C接口,可以方便地集成进入消费类电子产品。CH-101和CH-201的内置板载微处理器支持永久在线,可以实现唤醒传感应用;每秒采样1次时的工作电流仅为8 µA。CH-101的最大测距范围为1 m,CH-201的最大测距范围为5 m。CH-101和CH-201目前已经在为认证客户提供样品。

“超声波传感器凭借其坚固性、精准性和可靠性优势,广泛应用于工业和汽车等领域,”Chirp公司首席执行官Michelle Kiang说,“不过,迄今为止,传统超声波传感器过大的尺寸和形貌仍不适用于消费类电子产品。Chirp公司开发出了一款微型、毫米级的超声波传感芯片,以传统超声波ToF传感器1/1000的尺寸,提供了一样的传感性能。我们在降低传感器尺寸的同时,也大幅降低了功耗,其工作电流仅为几个微安(micro-amps)。这款微尺寸、超低功耗且易用的超声波传感芯片,为超声波ToF传感器的应用开辟了更广阔的天地。”

产品设计人员已经将Chirp公司的超声波ToF传感器应用于无人机和机器人等其它测距传感器无法满足性能要求的场景。在智能家居领域,Chirp公司的超声波ToF传感器相比被动红外和光学接近传感器等替代传感技术,更加可靠和有效,因此还可以理想地应用于智能扬声器等智能家居产品。对于AR/VR(增强现实/虚拟现实)应用,Chirp公司的超声波ToF传感器能够为手持游戏控制器等配件,提供精准的追踪和定位。

智能手机则是另一个重要的目标市场。“CH-101的到来,可以帮助智能手机产品设计师去掉手机正面的光学接近传感器,打造更加完整平滑的显示屏,”Kiang补充说,“CH-101凭借宽广的视场角,即使安装在手机顶部或底部也能提供精准的距离测量。智能手机的顶部或底部通常是扬声器的位置,因此,对于设计人员来说,很容易将另一颗声学传感器嵌入这些位置。”

过去,产品设计师需要为了测距和目标探测应用,在体积庞大的超声波换能器和激光红外ToF传感器之间做抉择,现在Chirp公司的超声波ToF传感器将凭借诸多优势将他们解放出来:


- 提供精准、低延时的距离测量,采样率高达100次/秒,位置噪音低于1毫米;


- 运行功耗低至15微瓦,可实现人员存在探测、运动和活动传感等always-on(永久在线)传感应用;


- 探测视场角高达180°,一颗传感器能够支持整个空间的传感探测;


- 完美适用于所有光照条件;


- 能够探测所有色彩的物体,包括光学透明的物体,增强了目标探测能力。



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