在工業和汽車領域，超聲波是一種很常見的用來感測物體的手段，不管是工業領域的機器人傳感還是汽車領域的ADAS應用，都能找到超聲波技術的應用。和其他為人熟知的接近傳感技術例如光學ToF以及毫米波相比，超聲波感測的成本是最低的。對于固體障礙物以及透明表面，超聲波能有效地檢測，即便是在充滿煙霧的環境中，超聲波仍然能很好地檢測環境中的物體。成本低廉加上對于某些場景有效的感測能力，超聲波一直在接近傳感技術上占有一定地位。

幾種接近感測技術的簡單比較

上面說到和其他為人熟知的接近傳感技術例如光學ToF以及毫米波相比，超聲波感測的成本是最低的。這里說成本最低沒有算上紅外，基于簡單紅外技術的感測響應快，成本也很低，但是由于紅外的非線性特征以及對目標反射率的依賴，有很多受限的地方。隨著技術升級，PIR技術也大幅提升了紅外接近傳感的性能。

現階段很多紅外接近傳感IC中都內置了高精度算法單元，國產廠商像納芯微，晶華微等等都有此類產品，高精算法單元的加入使得紅外傳感IC能夠有效地區分開檢測信號與干擾信號，加強了對目標的感知同時成本也不高。只是說在工業和汽車領域的接近感測中，紅外仍然會比較受限。

光學ToF技術原理和超聲波類似，早期的ToF設備由于對頻率和精度的要求極高，又受限于體積和成本。現在在CMOS芯片上實現光脈沖相位的測量已經不是難事，小型模塊帶來了更高的感測能力。該技術的優點不用多說，我們主要看它和超聲波相比局限在哪。在明亮的照明條件，煙霧或霧氣環境中光學ToF技術存在比超聲波更大的局限性，這些環境使光接收器難以檢測到發射光。

基于雷達和激光雷達的技術旨在提供多點云陣列，已不局限于單一的飛行時間測量，比其他感測技術要昂貴許多。

超聲波感測系統設計

一個超聲波感測系統，包括換能器或超聲波傳感器、用于驅動發射機并調節接收信號的模擬前端以及模數轉換器。在工業和汽車應用都要求器件智能化的現階段，額外的信號處理能力也是系統必需的。模擬前端部分負責驅動傳感器，以及放大和過濾接收到的回波數據，以為進一步處理做好準備。信號處理要么完全由分立式或AFE解決方案中的控制單元完成，要么在ASSP解決方案中通過其芯片內智能特性在控制單元與集成的DSP之間分擔。

此前的專用模擬集成超聲波控制芯片大大簡化了控制線路。由于模擬集成超聲波控制芯片中阻容元件的存在，這也成為了模擬控制電路的固有缺陷，元件參數的精度和一致性等問題一直存在。數字化控制興起后，在很大程度上消除了溫度漂移等常規模擬調節器難以克服的缺點，更是減少了元器件的數目大大簡化了系統中的硬件結構。單片機已經基本完成了數字超聲波控制，MSP430系列，STM32系列都在其中有很廣泛的應用。而應用DSP或者FPGA在一些高頻電路中也是常見的選擇，例如ADI的ADSP-BF70x系列，TI的PGA460系列，都配置了強勁的DSP內核來提供智能化的處理能力。

超聲波系統不同的驅動

對于大多數集成式的超聲波系統設計來說，都會有一個輸出驅動器，由低側驅動器組成或采用H橋配置的FET組成。以正弦波或者方波的中心頻率驅動傳感器，可以獲得更好的感測效果。

輸出驅動器由低側驅動器組成用于在變壓器模式下驅動變壓器，采用H橋配置的FET組成用于直接驅動。兩種驅動方式需要根據所選傳感器的最大電流限值確定。直接驅動相對來說成本更低，是一些短距離感測的開放式超聲波應用的首選，用較小的驅動電壓即可實現更大的聲壓級（SPL），但容易受損。變壓器模式更適合密閉式超聲波傳感，這種驅動能夠給密閉式超聲波傳感最大限度地提高SPL，弊端是因此帶來的傳感器校準會更麻煩一些。

小結

模擬前端加數字信號處理器的高集成度方案是目前比較受歡迎的超聲波感測方案，但從整個行業來看，不論是全集成式的芯片還是分立式的方案，都盡可能減小尺寸的做法也能看到超聲波傳感IC小型化的發展方向。

超聲波傳感器呈現出數字化和智能化特點也很突出，越來越強大的信號處理能力被安置在芯片上，近場和遠場物體檢測的數字信號處理都在DSP內核中使用時間變化閾值完成。這種額外的信號處理能力，使超聲波測量的數據更加智能化。