在工業(yè)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(yè)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(huán)境中，超聲波仍然能很好地檢測環(huán)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(xiàn)階段很多紅外接近傳感IC中都內(nèi)置了高精度算法單元，國產(chǎn)廠商像納芯微，晶華微等等都有此類產(chǎn)品，高精算法單元的加入使得紅外傳感IC能夠有效地區(qū)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(yè)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?，F(xiàn)在在CMOS芯片上實現(xiàn)光脈沖相位的測量已經(jīng)不是難事，小型模塊帶來了更高的感測能力。該技術的優(yōu)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(huán)境中光學ToF技術存在比超聲波更大的局限性，這些環(huán)境使光接收器難以檢測到發(fā)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(tǒng)設計

一個超聲波感測系統(tǒng)，包括換能器或超聲波傳感器、用于驅(qū)動發(fā)射機并調(diào)節(jié)接收信號的模擬前端以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在工業(yè)和汽車應用都要求器件智能化的現(xiàn)階段，額外的信號處理能力也是系統(tǒng)必需的。模擬前端部分負責驅(qū)動傳感器，以及放大和過濾接收到的回波數(shù)據(jù)，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(nèi)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(shù)的精度和一致性等問題一直存在。數(shù)字化控制興起后，在很大程度上消除了溫度漂移等常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點，更是減少了元器件的數(shù)目大大簡化了系統(tǒng)中的硬件結構。單片機已經(jīng)基本完成了數(shù)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(nèi)核來提供智能化的處理能力。

超聲波系統(tǒng)不同的驅(qū)動

對于大多數(shù)集成式的超聲波系統(tǒng)設計來說，都會有一個輸出驅(qū)動器，由低側(cè)驅(qū)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(qū)動傳感器，可以獲得更好的感測效果。

輸出驅(qū)動器由低側(cè)驅(qū)動器組成用于在變壓器模式下驅(qū)動變壓器，采用H橋配置的FET組成用于直接驅(qū)動。兩種驅(qū)動方式需要根據(jù)所選傳感器的最大電流限值確定。直接驅(qū)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(qū)動電壓即可實現(xiàn)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(qū)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(shù)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(yè)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(fā)展方向。

超聲波傳感器呈現(xiàn)出數(shù)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(shù)字信號處理都在DSP內(nèi)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(shù)據(jù)更加智能化。