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

茂丞科技芯片級超聲波傳感器-JMS系列

據(jù)麥姆斯咨詢報道，茂丞科技（J-Metrics）近日發(fā)布了中國首款自主研發(fā)的芯片級超聲波傳感器產(chǎn)品——JMS系列，為國內(nèi)傳感器領(lǐng)域填補了這一空白。JMS系列芯片級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)計下，能獲得與塊體壓電陶瓷材料（PZT）相當?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），聲場與聲阻抗的不匹配導(dǎo)致電場與聲場之間的轉(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芯片級超聲波傳感器實現(xiàn)距離感測示意圖

JMS芯片級超聲波傳感器采用飛行時間（ToF）測量原理，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級精準距離感測，該傳感器主要由四個部分組成：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)時鐘（System OSC）和90 KHz的驅(qū)動時鐘（TX OSC）。電壓位移（LSF）將驅(qū)動時鐘（TX OSC）的電壓提高到32V，再由TX驅(qū)動器放大對JMS芯片級超聲波傳感器進行驅(qū)動。JMS芯片級超聲波傳感器將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為超聲聲波，超聲波以120°度的角度傳播至空氣中，飛行至待測物并反射回來時，接收電路（RX）接收到反射超聲波信號，對接收到的回波信號進行放大和檢測，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℃時空氣中的聲速是346 m/s，系統(tǒng)OSC的頻率被設(shè)計成1.73 MHz，所以一個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是因為超聲波在相同的距離內(nèi)來回傳播。最后，目標的估計距離為L=nclk x 0.1 mm。

JMS芯片級超聲波傳感器距離誤差實驗結(jié)果

JMS芯片級超聲波傳感器實驗結(jié)果如圖四所示，由于茂丞科技采用了更先進的設(shè)計與制造工藝，使得測距系統(tǒng)具有更高的精準度。實驗結(jié)果表明，10 cm ~ 50 cm測距精度為0.8 mm，精準度優(yōu)于現(xiàn)有的測距儀。

JMS產(chǎn)品型號與技術(shù)規(guī)格

茂丞科技總經(jīng)理邱奕翔表示，JMS芯片級超聲波傳感器擁有毫米級高精準距離感測、低功率消耗以及微小體積等優(yōu)勢，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)已開始銷售，可提供客戶JMS601、JMS602、JMS603三種產(chǎn)品型號，最大感測范圍分別為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，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)問題。例如，在掃地機器人應(yīng)用中，JMS芯片能夠更準確地判斷掃地機器人是否位于毛毯之上，近距離偵測墻邊距離時不受踢腳板顏色深淺干擾，同時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芯片級超聲波傳感器還可以應(yīng)用于智能家居、機器人、無人機、商用顯示、手勢識別以及氣體流量等應(yīng)用。茂丞科技實現(xiàn)芯片級超聲波傳感器的國產(chǎn)化，意味著能更實時快速度的為客戶提供全方位的服務(wù)。

茂丞科技簡介：

茂丞科技（J-Metrics）位于中國科技創(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產(chǎn)權(quán)，至今已取得三件中國臺灣發(fā)明專利（發(fā)明第I661493號、發(fā)明第I675498號、發(fā)明第I692888號），以及一件美國發(fā)明專利（US 10，657，349）。

從專利布局也可管窺茂丞科技未來的技術(shù)發(fā)展路徑：茂丞科技預(yù)計將在今年下半年以晶圓級封裝技術(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超聲波傳感器，以實現(xiàn)智能眼鏡、耳機、智能手表等可穿戴設(shè)備，以及隔空觸控和手勢識別等功能，繼續(xù)朝全球第一邁進，為中國智造盡一已之力。

茂丞科技成立于2008年，依據(jù)生物識別市場需求及前瞻性考慮，以微小化、節(jié)能、功能精細敏銳及便利使用為原則，致力于以芯片級超聲波傳感器為基礎(chǔ)來完成距離偵測、手勢識別 、指紋識別等相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)。
責任編輯:pj