ToF傳感領域的攪局者：壓電式MEMS超聲波ToF感測器

據麥姆斯諮詢報導，低功耗超聲波感測器先鋒企業Chirp Microsystems公司（以下簡稱Chirp），近日宣佈推出了全球尺寸最小、功耗最低的超聲波飛行時間（time-of-flight， ToF）感測器CH-101和CH-201。

Chirp公司推出的全球尺寸最小、功耗最低的超聲波ToF感測器，大小僅為傳統超聲波ToF感測器的1/1000，可應用於消費電子、機器人以及無人機等領域

作為汽車和工業應用，以及無人機和機器人等領域最佳的測距感測器，超聲波ToF感測器具備多種優勢。不論探測目標的尺寸或顏色如何，超聲波ToF感測器都能夠提供最精准的距離測量，並且無懼環境噪音的影響。而且，不同於光學ToF感測器，超聲波ToF感測器能夠在日光直射下正常工作。 Chirp公司最新推出的超聲波ToF感測器，相比早期的傳統超聲波ToF感測器，尺寸和功耗足以應用于智慧手機等空間十分有限的消費類應用。

關於CH-101和CH-201

超聲波ToF感測器CH-101和CH-201通過發射“Chirp（啁啾）”超聲波，然後接收感測器視場範圍內物體的回聲，

根據聲波傳輸的速度，就可以精准的測量周圍物體的距離和位置。

Chirp公司的CH-101和CH-201是全球首款商業化的MEMS超聲波ToF感測器。這兩款微型器件採用了壓電MEMS技術，尺寸僅為3.5 mm x 3.5 mm，整合了一顆MEMS超聲波換能器和一顆定制的低功耗CMOS片上系統（SoC），能夠在晶片內進行所有的超聲波信號處理。跟MEMS麥克風相似， CH-101和CH-201提供3.5mm LGA封裝，供電電壓1.8 V，支援I2C介面，可以方便地集成進入消費類電子產品。 CH-101和CH-201的內置板載微處理器支援永久線上，可以實現喚醒傳感應用；每秒採樣1次時的工作電流僅為8 µA。 CH-101的最大測距範圍為1 m， CH-201的最大測距範圍為5 m。 CH-101和CH-201目前已經在為認證客戶提供樣品。

“超聲波感測器憑藉其堅固性、精准性和可靠性優勢，廣泛應用於工業和汽車等領域，

”Chirp公司首席執行官Michelle Kiang說， “不過，迄今為止，傳統超聲波感測器過大的尺寸和形貌仍不適用於消費類電子產品。 Chirp公司開發出了一款微型、毫米級的超聲波傳感晶片，以傳統超聲波ToF感測器1/1000的尺寸，提供了一樣的傳感性能。我們在降低感測器尺寸的同時，也大幅降低了功耗，其工作電流僅為幾個微安（micro-amps）。這款微尺寸、超低功耗且易用的超聲波傳感晶片，為超聲波ToF感測器的應用開闢了更廣闊的天地。 ”

產品設計人員已經將Chirp公司的超聲波ToF感測器應用于無人機和機器人等其它測距感測器無法滿足性能要求的場景。在智慧家居領域， Chirp公司的超聲波ToF感測器相比被動紅外和光學接近感測器等替代傳感技術，更加可靠和有效，

因此還可以理想地應用于智慧揚聲器等智慧家居產品。對於AR/VR（增強現實/虛擬實境）應用， Chirp公司的超聲波ToF感測器能夠為手持遊戲控制器等配件，提供精准的追蹤和定位。

智慧手機則是另一個重要的目標市場。 “CH-101的到來，可以説明智慧手機產品設計師去掉手機正面的光學接近感測器，打造更加完整平滑的顯示幕， ”Kiang補充說， “CH-101憑藉寬廣的視場角，即使安裝在手機頂部或底部也能提供精准的距離測量。智慧手機的頂部或底部通常是揚聲器的位置，因此，對於設計人員來說，很容易將另一顆聲學感測器嵌入這些位置。 ”

過去，產品設計師需要為了測距和目標探測應用，在體積龐大的超聲波換能器和鐳射紅外ToF感測器之間做抉擇，

現在Chirp公司的超聲波ToF感測器將憑藉諸多優勢將他們解放出來：

- 提供精准、低延時的距離測量，取樣速率高達100次/秒，位置噪音低於1毫米；

- 運行功耗低至15微瓦，可實現人員存在探測、運動和活動傳感等always-on（永久線上）傳感應用；

- 探測視場角高達180°，一顆感測器能夠支持整個空間的傳感探測；

- 完美適用於所有光照條件；

- 能夠探測所有色彩的物體，包括光學透明的物體，增強了目標探測能力。