一种基于PMUT的小盲区超声波测距SIP电路及封装结构的制作方法

一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路及封装结构
技术领域
1.本实用新型涉及超声波测距技术领域，尤其涉及一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路及封装结构。


背景技术：

2.现有超声测距系统常以压电晶片组成的超声波传感器为发射探头和接收探头，配合驱动电路、信号处理电路、控制模块以及合适的计算方法即可实现超声测距，成本低廉、使用方便。但这类压电晶片超声波传感器装配复杂，依赖手工装配，产品无法实现良好的一致性和稳定性，同时由于其体积较大且大部分都是插针式封装无法进行自动化表贴装配，难以应用于大规模阵列当中。
3.目前pmut(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer)微型压电超声换能器仅以传感器形式出现，需单独匹配电路方可进行测距应用，导致超声测距系统体积大，且现有技术(cn218068283u)中采用模拟开关的通道单极驱动，驱动峰值电压小导致超声换能器发射能量不足，可检测的距离近。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路及封装结构，该超声波测距sip电路可提高超声波传感器的发射能量，在同样的体积下提升可测距离。
5.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
6.本实用新型提供一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路，所述超声波测距sip电路包括：
7.主控单元模块；
8.驱动接收电路模块，电性连接于所述主控单元模块；以及
9.超声波传感器，电性连接于所述主控单元模块和所述驱动接收电路模块，用于发射和/或接收超声波信号；
10.其中，所述主控单元模块通过io口与所述超声波传感器和所述驱动接收电路模块连接。
11.在本实用新型的一个实施例中，所述驱动接收电路模块包括：
12.第一级放大电路模块，电性连接于所述超声波传感器；
13.滤波电路模块，电性连接于所述第一级放大电路模块；以及
14.第二级放大电路模块，电性连接于所述滤波电路模块。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述驱动接收电路模块还包括检波电路模块，所述检波电路模块与所述第二级放大电路模块和所述主控单元模块电性连接。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述超声波传感器通过连接器模块与所述第一级放大电路模块和所述主控单元模块连接。
17.本实用新型还提供一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路的封装结构，包括如上所述的超声波测距sip电路。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述封装结构包括外壳，用于容纳所述超声波测距sip电路。
19.综上所述，本实用新型提供一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路及封装结构，将驱动接收电路模块、主控单元模块以及超声波传感器封装在一起，且该超声波测距sip电路的主控单元模块通过io口与超声波传感器连接，通过切换io口的模式，实现双向差分驱动，提高超声波传感器的发射能量，在同样的体积下提升可测距离。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1是本实用新型整体结构的框图；
22.图2是本实用新型主控单元模块的电路图；
23.图3是本实用新型驱动接收电路模块的电路图；
24.图4是本实用新型在一发一收状态下连接器模块的电路图；
25.图5是本实用新型封装结构的结构示意图；
26.图6是本实用新型图5的内部结构示意图。
27.图中标号说明：1-主控单元模块、2-驱动接收电路模块、21-第一级放大电路模块、22-滤波电路模块、23-第二级放大电路模块、24-检波电路模块、3-超声波传感器、4-外壳、5-声孔。
具体实施方式
28.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
29.请参阅图1、图2、图5和图6，本实用新型提供一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路的封装结构，该封装结构包括外壳4和超声波测距sip电路，超声波测距sip电路封装于外壳4内，且外壳4上设置有声孔5。该超声波测距sip电路可提高超声波传感器的发射能量，在同样的体积下提升可测距离。具体的，该超声波测距sip电路包括主控单元模块1，主控单元模块1包括mcu控制单元u2、电容c13、电容c12和至少两个io口，mcu控制单元u2的2号引脚与电容c13连接后与mcu控制单元u2的4号引脚相连。电容c13的两端与电容c12并联后接地，且mcu控制单元u2的9号引脚接地。mcu控制单元u2的3号引脚设置为推挽输出模式，mcu控制单元u2的8号引脚高阻输入。
30.请参阅图1和图3，在本实用新型的一个实施例中，该超声波测距sip电路还包括驱动接收电路模块2和超声波传感器3，驱动接收电路模块2电性连接于主控单元模块1。具体的，驱动接收电路模块2包括第一级放大电路模块21、滤波电路模块22和第二级放大电路模块23，第一级放大电路模块21电性连接于超声波传感器3。第一级放大电路模块21包括电容c9、电容c2、电阻r7和电阻r2，电容c9的一端接地，电容c9的另一端与电阻r7连接，电阻r7的的一端与电阻r2连接，且电阻r2与电容c2并联。电阻r7的一端还连接有双通道运放u1，且阻
r7与双通道运放u1的2号引脚连接，双通道运放u1的3号引脚上连接有电阻r11和电阻r12，电阻r11的一端接地。电阻r12的一端与mcu控制单元u2的2号引脚连接。双通道运放u1的8号引脚连接有电阻r6，电阻r6的一端连接有互相并联的电容c5和电容c4，电容c4的一端接地，电容c4的另一端与mcu控制单元u2的2号引脚连接。双通道运放u1的5号引脚连接有电阻r13和电阻r14，且电阻r13的一端接地，电阻r14的一端与mcu控制单元u2的2号引脚连接。双通道运放u1的4号引脚和9号引脚接地。
31.请参阅图1和图3，在本实用新型的一个实施例中，滤波电路模块22电性连接于第一级放大电路模块21。具体的，滤波电路模块22包括电阻r1、电容c3和电容c1，电阻r1的一端与电阻r2连接后与双通道运放u1的1号引脚连接，电阻r1的另一端与电动c1和电容c3连接，电容c1的一端接地，电容c3的一端与双通道运放u1的5号引脚连接。将超声波传感器3工作频率以外的干扰信号滤除。第二级放大电路模块23电性连接于滤波电路模块22。具体的，第二级放大电路模块23包括电阻r4、电阻r10、电容c11和电容c6，电阻r4的一端与双通道运放u1的7号引脚连接，电阻r4的另一端与双通道运放u1的6号引脚连接，电阻r10的一端与电容c11连接后接地，电阻r4与电容c6并联。第一级放大电路模块21和第二级放大电路模块23将回波信号放大。
32.请参阅图1和图3，在本实用新型的一个实施例中，该驱动接收电路模块2还包括检波电路模块24，检波电路模块24与第二级放大电路模块23和主控单元模块1电性连接。将高频回波信号检波为低频包络信号，便于主控单元1进行ad转换。具体的，检波电路模块24包括二极管d3、电阻r5和电容c7，二极管d3的一端与电容c6连接，二极管d3的另一端与电阻r5连接，电阻r5的一端与电容c7连接，电容c7与电阻r5连接后接地。电容c7上还连接有电阻r3，电阻r3的一端连接有电容c8后接地，且电阻r3还与mcu控制单元u2的7号引脚连接。
33.请参阅图1、图3和图4，在本实用新型的一个实施例中，超声波传感器3电性连接于主控单元模块1和驱动接收电路模块2，用于发射和/或接收超声波信号。超声波传感器3通过连接器模块与第一级放大电路模块21和主控单元模块1连接。超声波传感器3通过连接器模块与主控单元模块1的io口连接，通过切换io口的模式，从而切换超声波传感器3发射超声波或接收超声波，超声波传感器3发射超声波后再切换io口的模式实现回波接收；经驱动接收电路模块2处理后的回波信号，进入mcu控制单元u2的8号引脚进行ad转换；mcu控制单元u2将对ad采集的数据进行实时阈值判断，到采样值超过预设阈值时即认为当前时刻的回波为待测物回波，通过声速计算公式s＝c*t/2，即可对待测物的距离进行解算，得到当前待测物的间距。其中c是超声波在介质中的传播速度，t是超声波发射到接收端所需的飞行时间,s为待测物与超声探头的间距。飞行时间t具体指的是回波信号的包络的起始点，但实际应用中，由于噪声干扰，该起始点难以获得，因此，本技术以阈值判断法进行飞行时间测算，降低系统复杂度。超声波传感器3可以为麦克风，也可以为pmut，然不限于此。超声波传感器3的数量至少为一个，例如可以为两个。当超声波传感器3为一个时，可实现自发自收，此时只需要一个连接器模块与第一级放大电路模块21和主控单元模块1连接。当超声波传感器3为两个时，可实现一发一收，此时需要两个连接器模块与第一级放大电路模块21和主控单元模块1连接，此时，两个超声波传感器3之间可采用隔离封装，从而可以避免两个超声波传感器3之间发声干扰，提高器件的性能。超声波传感器3可以为裸芯，也可以为小封装芯片。具体的，连接器模块包括电阻r8、电容c10、电阻r9和连接器h1，电阻r8的一端与双通道运放
u1的3号引脚连接，电阻r8的另一端与电容c10连接后与mcu控制单元u2的8号引脚连接，电阻r8的一端与连接器h1的2号引脚连接，连接器h1的1号引脚与电阻r9连接后与mcu控制单元u2的3号引脚连接。
34.综上所述，本实用新型提供一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路及封装结构，将驱动接收电路模块、主控单元模块以及超声波传感器封装在一起，且该超声波测距sip电路的主控单元模块通过io口与超声波传感器连接，通过切换io口的模式，实现双向差分驱动，提高超声波传感器的发射能量，在同样的体积下提升可测距离。
35.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

技术特征：
1.一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路，其特征在于,所述超声波测距sip电路包括：主控单元模块；驱动接收电路模块，电性连接于所述主控单元模块；以及超声波传感器，电性连接于所述主控单元模块和所述驱动接收电路模块，用于发射和/或接收超声波信号；其中，所述主控单元模块通过io口与所述超声波传感器和所述驱动接收电路模块连接。2.根据权利要求1所述的超声波测距sip电路，其特征在于，所述驱动接收电路模块包括：第一级放大电路模块，电性连接于所述超声波传感器；滤波电路模块，电性连接于所述第一级放大电路模块；以及第二级放大电路模块，电性连接于所述滤波电路模块。3.根据权利要求2所述的超声波测距sip电路，其特征在于，所述驱动接收电路模块还包括检波电路模块，所述检波电路模块与所述第二级放大电路模块和所述主控单元模块电性连接。4.根据权利要求2所述的超声波测距sip电路，其特征在于，所述超声波传感器通过连接器模块与所述第一级放大电路模块和所述主控单元模块连接。5.一种基于pmut的小盲区超声波测距sip电路的封装结构，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的超声波测距sip电路。6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括外壳，用于容纳所述超声波测距sip电路。

技术总结
本实用新型提供一种基于PMUT的小盲区超声波测距SIP电路及封装结构，所述超声波测距SIP电路包括：主控单元模块；驱动接收电路模块，电性连接于所述主控单元模块；以及超声波传感器，电性连接于所述主控单元模块和所述驱动接收电路模块，用于发射和/或接收超声波信号；其中，所述主控单元模块通过IO口与所述超声波传感器和所述驱动接收电路模块连接。本实用新型提供一种基于PMUT的小盲区超声波测距SIP电路及封装结构，该超声波测距SIP电路可提高超声波传感器的发射能量，在同样的体积下提升可测距离。升可测距离。升可测距离。


技术研发人员：谢贵旺 伍秀丽
受保护的技术使用者：广州蜂鸟传感科技有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/8/8