多年以來，超聲波感應器在乘用車上應用廣泛如超聲波停車輔助可幫助車輛在低速停車時檢測周圍物體。此外，踢腳開啟後備箱和入侵檢測報警則是超聲波感測器的兩個新興應用。如圖1所示。本文將為您詳細解釋這三種應用為何以及如何使用超聲波感應器。
圖1：用於乘用車中的超聲波感應器
超聲波停車輔助系統
超聲波停車輔助也被稱為停車輔助系統、停車引導系統和倒車輔助。這些系統可實現從簡單地檢測周圍物體並通過聲音警示駕駛員，到幾乎沒有人為操作的自動停車。通常，這些系統擁有4-16個感應器，巧妙地圍繞車身安裝，以提供所需的檢測覆蓋，如圖2所示。
圖2：使用pga460-q1的超聲波停車輔助星型配置
設計這些型別應用的工程師應尋求驅動超聲波感測器(發射器)的積體電路，同時接收、調節和處理確定物體與車輛距離的超聲回波。例如，pga460-q1能夠可靠地檢測距離最遠為5公尺的國際標準化組織(iso)杆(用於超聲波停車輔助的聚氯乙烯(pvc)管作為效能標準)。該器件還通過了嚴格的靜電放電(esd)和大電流注入(bci)測試，即在進行超聲波停車輔助系統開發時的常規測試。
由於原始裝置製造商(oems)面臨每輛車需要增加超聲波感應器數量的需求，超聲波停車輔助的成本壓力將在未來數年持續增加。而pga460-q1則能夠為高產量的一級**商提供具有競爭力的成本結構。
超聲波停車輔助模組的常見要求，包括：
從30厘公尺到5公尺的物體檢測的能力。
時間指令介面(tci)或者從模組連線到區域性電子控制單元或直接連線到車身控制模組(bcm)(匯流排配置)的局域互連網路(lin)通訊。
為滿足自動駕駛汽車的需求，短距離和長距離物體檢測標準將變得更加嚴格。從2023年開始，超聲波模組將必須能夠檢測距離在10厘公尺到7公尺的物體。半導體**商在模擬前端(afe)敏感度和驅動方法的改進對於滿足這些檢測距離的要求至關重要。
tci和lin是當今超聲波停車輔助系統中最常見的兩種通訊介面。然而，隨著汽車高階駕駛輔助系統(adas)視覺處理能力的提高，預計外圍感應器介面(psi)5、分布式系統介面(dsi)3或控制器區域網(can)等更高速協議將被應用來傳送大量的超聲回波資料。
踢腳開啟後備箱
踢腳開啟後備箱也稱為智慧型後備箱開啟系統。該功能使車主將腳放在後保險槓下方，無需使用雙手，僅需踢腳動作就能開啟汽車後備箱，如圖3所示。
圖3：踢腳開啟後備箱
傳統的踢腳開啟後備箱系統使用位於保險槓底部的電容式感應條。但許多汽車一級**商正在探索使用超聲波感應技術在這一應用上，一些系統已經批量生產。與電容式感應相比，超聲波感應的優勢是在汙垢和水等環境因素影響下的可靠性和堅固性，電容式感應對環境因素非常敏感，如果車身被弄髒，該功能可能就無法正常使用。
針對踢腳開啟系統的超聲波解決方案常見要求包括：
從15厘公尺到1公尺處檢測物體的能力
低靜態電流
在12v汽車電池供電下正常工作
讓我們逐一介紹這些要求。
距離15厘公尺到1公尺的物體檢測
使用超聲波感應技術於踢腳開啟後備箱的挑戰之一是近距離檢測範圍。超聲波感應器精確檢測近場物體的能力取決於感應器的質量和感測器的規格、驅動方法和設計以及接收路徑(afe和數字處理)的效能。
高品質的感測器，如murata的ma58mf14-7n，在感測器激發階段具有更穩定可靠的衰減或「振鈴」。通過選擇高品質的感測器，可以減少衰減的時間長度，更準確地**衰減的穩定性。
感測器驅動器的方法和設計將顯著影響超聲波衰減週期和曲線。在需要近場效能的踢腳開啟後備箱應用中，ti建議使用變壓器驅動拓撲結構。圖4是使用pga460-q1的變壓器驅動原理圖示例。
圖4：pga460-q1變壓器驅動原理圖
當使用變壓器增加電源電壓啟用感測器時，衰減曲線更加穩定可測，使得近距離物體檢測效能更優。
最後，afe和數字處理的效能也會影響近距離和遠距離的物體檢測。例如，pga460-q1具有低雜訊放大器，配有可程式設計時變增益級，嵌入12位逐次逼近暫存器模數轉換器。低雜訊放大器可以減少接收訊號的雜訊，並且可程式設計增益放大器的時變增益特性可以實現對近場物體應用較小增益和對遠場物體檢測應用較大增益。您可以將暫存器中的增益曲線設定儲存在電可擦除可程式設計唯讀儲存器(eeprom)中。
低靜態電流
由於踢腳開啟超聲波感應器必須在汽車熄火的情況下執行，所以系統靜態電流很重要，是oem很關注的效能。pga460-q1具有〜500μa電流消耗的睡眠模式，可以間歇地使用該模式，使整個系統的電流消耗達到必要水平。
在12v汽車電池供電下正常工作
pga460-q1器件用於從6v至28v的輸入電壓範圍工作。在踢腳開啟後備箱應用中，pga460-q1器件直接連線到汽車電池。適當的外部元件保護措施，例如瞬態電壓抑制(tvs)二極體有助於保護器件免受電池瞬態和反向電池電流的影響。
入侵檢測報警
在歐洲，入侵檢測報警是消費者在購車時的可選裝置或在購車後安裝。當汽車熄火和停靠時，這些報警器將使用超聲波感應器來檢測車內的任何移動。該報警用作主報警系統的後備系統，如果兒童或寵物在車內移動，也會發出報警。根據由於已經有附加的防盜和安全保障，消費者時常會因其車輛擁有這項功能而獲得保險折扣。
大多數系統使用一到兩個超聲波發射器和一到兩個接收器。超聲波感應器如pga460-q1可以驅動和接收乙個發射器和乙個接收器，因此可能需要一到兩個pga460-q1器件。
總結
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