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敏芯股份:基于PMUT的TOF模组方案助力智能传感发展

关键词:敏芯股份 PMUT TOF模组 MEMS传感器

时间:2023-05-26 10:25:19      来源:敏芯股份

MEMS超声波换能器芯片PMUT区别于传统的压电陶瓷超声波传感器,其体积仅为其1/4,功耗也大幅降低,并且MEMS超声波传感器不同于光学TOF传感器,其能够在强光雾霾天气中使用,对于明暗,透明物体皆可实现测量。在扫地机器人、工业机器人、驾驶辅助、无人机、玩具避障、闸机门控等众多场景中具有广泛的应用前景。

压电微机械超声换能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer,PMUT)是一类通过压电材料的正逆压电效应使压电薄膜振动,从而发射或者接收超声波信号的MEMS器件。当PMUT用于发射超声波时,它是一个执行器;当PMUT用于接收超声波时,它是一个传感器。

在商业化产品中,完全相同的PMUT器件可以承担两个相对立的功能,这使得PMUT器件从设计到生产、封装、测试、系统化的成本得到极大的降低。而MEMS标准工艺批量化生产和晶圆级封装的大规模应用,使得PMUT非常适合商业化应用。

MEMS超声波换能器芯片PMUT区别于传统的压电陶瓷超声波传感器,其体积仅为其1/4,功耗也大幅降低,并且MEMS超声波传感器不同于光学TOF传感器,其能够在强光雾霾天气中使用,对于明暗,透明物体皆可实现测量。在扫地机器人、工业机器人、驾驶辅助、无人机、玩具避障、闸机门控等众多场景中具有广泛的应用前景。

敏芯股份作为国内屈指可数掌握多品类MEMS芯片设计和制造工艺能力企业,可提供高端定制化的基于PMUT的TOF模组。通过基于SOI晶圆的半导体加工工艺制造,实现底电极/压电层/顶电极的三明治结构用作驱动和接收构件,发送升压后的脉冲串来驱动此器件在谐振频率工作,通过计时发出脉冲和回收脉冲的时间差,来计算与障碍物的距离。

同时,敏芯股份提供了基于PMUT的TOF测距模组的驱动和控制电路,可减少开发者的开发难度,加快开发进程。

常见应用

车载系统:

测距离是超声器件的重要应用,高频超声波抗干扰能力强,传播距离远,非常适合测距应用。现有的安装于汽车上的倒车雷达,一般就是前后各四颗,但是这四颗倒车雷达普遍有体积大、成本高的缺点。而PMUT的封装后尺寸都不会超过10mm,设想一种场景,如果使用PMUT阵列来做距离检测,小尺寸高密度的排布,不仅可以做到在不超过现有倒车雷达成本的条件下全车无盲区检测,甚至可以完整建立环绕全车的超声成像以辅助智能驾驶系统。

扫地机器人:

避障检测就是以超声传感器和红外光电传感器相结合来完成的。因成本问题,主流扫地机器人的超声雷达数量都在个位数。因此,扫地机器人的避障检测和寻迹问题依然突出,被卡住、错误判断等都是超声雷达检测精度不够高造成的。

PMUT在扫地机器人上的商业化应用是一个非常有价值的切入点,其低成本和小体积、高精度的优点可以满足扫地机器人这类需要进一步提高检测分辨率的应用场景。

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