隨著商用機(jī)器人、智能居家及便攜式設(shè)備的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，雷達(dá)測(cè)距、紅外測(cè)距、激光測(cè)距、超聲波測(cè)距等測(cè)距技術(shù)成為保證精確定位的關(guān)鍵。與其他測(cè)距方法相比，超聲波測(cè)距不受目標(biāo)物體透明度和顏色的影響，對(duì)環(huán)境噪聲不敏感，可在陽(yáng)光直射下使用。此外，由于聲波速度較低，基于超聲波換能器的測(cè)距技術(shù)減輕了射頻和光測(cè)距對(duì)高速電子的要求，同時(shí)超聲波測(cè)距具有低功耗的特點(diǎn)，這使得超聲波測(cè)距在小于一米的近距離測(cè)距中，成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。

茂丞科技芯片級(jí)超聲波傳感器-JMS系列

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，茂丞科技（J-Metrics）近日發(fā)布了中國(guó)首款自主研發(fā)的芯片級(jí)超聲波傳感器產(chǎn)品——JMS系列，為國(guó)內(nèi)傳感器領(lǐng)域填補(bǔ)了這一空白。JMS系列芯片級(jí)超聲波傳感器基于氮化鋁（AlN）材料制造，氮化鋁（AlN）具有良好的壓電效應(yīng)，較低的介電常數(shù)使其在較小體積的設(shè)計(jì)下，能獲得與塊體壓電陶瓷材料（PZT）相當(dāng)?shù)男阅堋鹘y(tǒng)的超聲波傳感器采用高輸出功率的塊體壓電陶瓷材料（PZT），聲場(chǎng)與聲阻抗的不匹配導(dǎo)致電場(chǎng)與聲場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)換效率較差。此外，其體積大、功耗高也限制了其在便攜式設(shè)備中的使用。

JMS芯片級(jí)超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)距離感測(cè)示意圖

JMS芯片級(jí)超聲波傳感器采用飛行時(shí)間（ToF）測(cè)量原理，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)精準(zhǔn)距離感測(cè)，該傳感器主要由四個(gè)部分組成：電荷泵電路（CP）、數(shù)字單元電路（DU）、發(fā)射電路（TX）和接收電路（RX）。CP將升高1.8V到5V和32V分別驅(qū)動(dòng)數(shù)字單元電路（DU）和電壓位移（LSF）。振蕩器（OSC）將產(chǎn)生1.73 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘（System OSC）和90 KHz的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘（TX OSC）。電壓位移（LSF）將驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘（TX OSC）的電壓提高到32V，再由TX驅(qū)動(dòng)器放大對(duì)JMS芯片級(jí)超聲波傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。JMS芯片級(jí)超聲波傳感器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲聲波，超聲波以120°度的角度傳播至空氣中，飛行至待測(cè)物并反射回來(lái)時(shí)，接收電路（RX）接收到反射超聲波信號(hào)，對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行放大和檢測(cè)，并將其發(fā)送到數(shù)字單元電路（DU）。在不考慮濕度和大氣壓的情況下，25℃時(shí)空氣中的聲速是346 m/s，系統(tǒng)OSC的頻率被設(shè)計(jì)成1.73 MHz，所以一個(gè)周期的最小距離分辨率為0.1 mm（Lmin=c/2fsys=0.1 mm），其中c為傳播介質(zhì)中的聲速。分母中的系數(shù)為2是因?yàn)槌暡ㄔ谙嗤木嚯x內(nèi)來(lái)回傳播。最后，目標(biāo)的估計(jì)距離為L(zhǎng)=nclk x 0.1 mm。

JMS芯片級(jí)超聲波傳感器距離誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果

JMS芯片級(jí)超聲波傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖四所示，由于茂丞科技采用了更先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造工藝，使得測(cè)距系統(tǒng)具有更高的精準(zhǔn)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，10 cm ~ 50 cm測(cè)距精度為0.8 mm，精準(zhǔn)度優(yōu)于現(xiàn)有的測(cè)距儀。

JMS產(chǎn)品型號(hào)與技術(shù)規(guī)格

茂丞科技總經(jīng)理邱奕翔表示，JMS芯片級(jí)超聲波傳感器擁有毫米級(jí)高精準(zhǔn)距離感測(cè)、低功率消耗以及微小體積等優(yōu)勢(shì)，封裝尺寸僅為5.2 mm x 5.2 mm x 1.05 mm。JMS系列產(chǎn)品現(xiàn)已開(kāi)始銷售，可提供客戶JMS601、JMS602、JMS603三種產(chǎn)品型號(hào)，最大感測(cè)范圍分別為10 cm、50 cm和100 cm，以滿足客戶在不同應(yīng)用條件的需求。同時(shí)，茂丞科技可提供客戶專業(yè)的超聲波技術(shù)支持以協(xié)助客戶進(jìn)行產(chǎn)品導(dǎo)入，解決客戶在產(chǎn)品應(yīng)用上遇到的技術(shù)問(wèn)題。例如，在掃地機(jī)器人應(yīng)用中，JMS芯片能夠更準(zhǔn)確地判斷掃地機(jī)器人是否位于毛毯之上，近距離偵測(cè)墻邊距離時(shí)不受踢腳板顏色深淺干擾，同時(shí)JMS芯片的微小體積也更有助于客戶產(chǎn)品的硬件布局。

除此之外，JMS芯片級(jí)超聲波傳感器還可以應(yīng)用于智能家居、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、商用顯示、手勢(shì)識(shí)別以及氣體流量等應(yīng)用。茂丞科技實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)超聲波傳感器的國(guó)產(chǎn)化，意味著能更實(shí)時(shí)快速度的為客戶提供全方位的服務(wù)。

茂丞科技簡(jiǎn)介：

茂丞科技（J-Metrics）位于中國(guó)科技創(chuàng)新之都——深圳，在科技創(chuàng)新上，茂丞科技擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，至今已取得三件中國(guó)臺(tái)灣發(fā)明專利（發(fā)明第I661493號(hào)、發(fā)明第I675498號(hào)、發(fā)明第I692888號(hào)），以及一件美國(guó)發(fā)明專利（US 10，657，349）。

從專利布局也可管窺茂丞科技未來(lái)的技術(shù)發(fā)展路徑：茂丞科技預(yù)計(jì)將在今年下半年以晶圓級(jí)封裝技術(shù)，發(fā)布2 mm x 2 mm x 0.9 mm全球最小封裝體積的芯片級(jí)超聲波傳感器，以實(shí)現(xiàn)智能眼鏡、耳機(jī)、智能手表等可穿戴設(shè)備，以及隔空觸控和手勢(shì)識(shí)別等功能，繼續(xù)朝全球第一邁進(jìn)，為中國(guó)智造盡一已之力。

茂丞科技成立于2008年，依據(jù)生物識(shí)別市場(chǎng)需求及前瞻性考慮，以微小化、節(jié)能、功能精細(xì)敏銳及便利使用為原則，致力于以芯片級(jí)超聲波傳感器為基礎(chǔ)來(lái)完成距離偵測(cè)、手勢(shì)識(shí)別 、指紋識(shí)別等相關(guān)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。
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