超声波换能器芯片制造技术

本申请实施例提供的一种超声波换能器芯片

【技术实现步骤摘要】
超声波换能器芯片、信号处理方法及汽车超声波雷达装置
[0001]本申请要求于
2023
年4月
10
日提交中国专利局
、
申请号为
202310375784.5、
申请名称为“一种超声波换能器的信号处理电路
、
处理方法和处理芯片”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中
。


[0002]本申请涉及电子
，具体地涉及一种超声波换能器芯片
、
信号处理方法及汽车超声波雷达装置
。

技术介绍

[0003]超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场景，诸如车辆障碍物检测
、
工业自动控制
、
建筑工程测等方面得到广泛的应用
。
以车辆障碍物检测为例，超声波换能器在发射具有
20KHz
或更大的频率
(
其为非可听范围
)
的超声波之后，可以感测从外部障碍物反射的回波信号，并对回波信号进行分析，进而确定超声波换能器与障碍物之间的距离，即检测距离
。
基于该检测距离，可以向用户提供相应的提示信息
(
例如，通过蜂鸣器输出警示声或通过显示屏显示障碍物距离等
)
，以辅助用户安全驾驶
。
[0004]为了降低数据处理量，现有技术中通常会降低回波信号的采样频率
。
但是，由于环境噪声干扰，在降低超声波信号的采样频率后，可能无法有效的提取回波信号，进而降低了检测精度
。
[0005]需要指出的是，公开于本申请
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请提供一种超声波换能器芯片
、
信号处理方法及汽车超声波雷达装置，以利于解决现有技术中在降低超声波信号的数据量的同时，也会降低检测精度的问题
。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种超声波换能器芯片，用于与超声波换能器电连接，所述芯片包括：
[0008]驱动电路，用于与超声波换能器电连接，以驱动所述超声波换能器发射频率为
f0
的超声波；
[0009]采样电路，用于与所述超声波换能器电连接并以
n*f0
的频率对超声波信号进行采样，获得采样信号，其中，
n
＞1；
[0010]数字下变频模块，与所述采样电路电连接，用于接收所述采样电路输出的采样信号，并对所述采样信号进行数字下变频处理，获得与所述超声波信号对应的混频信号；
[0011]低通滤波器，与所述数字下变频模块电连接，用于接收所述数字下变频模块输出的混频信号，并对所述混频信号进行低通滤波，获得滤波信号；
[0012]幅值计算模块，与所述低通滤波器电连接，用于接收所述低通滤波器输出的滤波信号，并根据所述滤波信号进行幅值计算，输出所述超声波信号对应的包络幅值曲线；
[0013]包络处理模块，与所述幅值计算模块电连接，用于接收所述幅值计算模块输出的包络幅值曲线，并对所述包络幅值曲线进行数据提取获得最终包络曲线；
[0014]阈值产生电路，所述阈值产生电路用于产生包络曲线阈值；
[0015]阈值比较电路，与所述包络处理模块和所述阈值产生电路电连接，用于接收所述包络处理模块输出的所述最终包络曲线，以及接收所述阈值产生电路输出的所述包络曲线阈值，并将所述最终包络曲线与所述包络曲线阈值进行比较输出阈值比较结果
。
[0016]第二方面，本申请实施例提供了一种超声波信号处理方法，用于超声波换能器芯片，所述超声波换能器芯片用于与超声波换能器电连接，所述方法包括：
[0017]驱动所述超声波换能器发射频率为
f0
的超声波；
[0018]以
n*f0
的频率对超声波信号进行采样，获得采样信号，其中，
n
＞1；
[0019]对所述采样信号进行数字下变频处理，获得与所述超声波信号对应的混频信号；
[0020]对所述混频信号进行低通滤波，获得滤波信号；
[0021]根据所述滤波信号进行幅值计算，输出所述超声波信号对应的包络幅值曲线；
[0022]对所述包络幅值曲线进行数据提取获得最终包络曲线；
[0023]产生包络曲线阈值；
[0024]将所述最终包络曲线与包络曲线阈值进行比较输出阈值比较结果
。
[0025]第三方面，本申请实施例提供了一种汽车超声波雷达装置，包括：
[0026]第一方面任意一项所述的芯片；
[0027]超声波换能器；
[0028]其中，所述芯片和所述超声波换能器电连接
。
[0029]在一种可能的实现方式中，还包括：
[0030]ECU
，所述
ECU
与所述芯片电连接，所述
ECU
用于接收所述阈值比较结果以判断障碍物距离
。
[0031]在本申请实施例中，首先对接收到的超声波信号进行过采样，通过该采样信号确定超声波信号对应的包络幅值曲线，以尽可能的还原接收到的超声波信号；然后，对包络幅值曲线进行数据提取，以降低包络幅值曲线中的数据量，获得最终包络曲线；最后，基于最终包络曲线进行阈值比较，在大大降低数据处理量的同时，且不影响后续阈值比较的精度
。
也就是说，本申请实施例在降低数据处理量的同时，还可以保证检测精度
。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图
。
[0033]图1为本申请实施例提供的一种应用场景示意图；
[0034]图
2A
和图
2B
为本申请实施例提供的一种超声波系统的测距原理示意图；
[0035]图3为本申请实施例提供的另一种超声波系统的测距原理示意图；
[0036]图4为本申请实施例提供的一种回波处理电路的结构示意图；
[0037]图5为本申请实施例提供的另一种超声波系统的测距原理示意图；
[0038]图6为本申请实施例提供的另一种超声波系统的测距原理示意图；
[0039]图7为本申请实施例提供的一种数据提取示意图；
[0040]图8为本申请实施例提供的一种包络处理模块的结构示意图；
[0041]图9为本申请实施例提供的一种阈值比较示意图；
[0042]图
10
为本申请实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声波换能器芯片，用于与超声波换能器电连接，其特征在于，所述芯片包括：驱动电路，用于与超声波换能器电连接，以驱动所述超声波换能器发射频率为
f0
的超声波；采样电路，用于与所述超声波换能器电连接并以
n*f0
的频率对超声波信号进行采样，获得采样信号，其中，
n
＞1；数字下变频模块，与所述采样电路电连接，用于接收所述采样电路输出的采样信号，并对所述采样信号进行数字下变频处理，获得与所述超声波信号对应的混频信号；低通滤波器，与所述数字下变频模块电连接，用于接收所述数字下变频模块输出的混频信号，并对所述混频信号进行低通滤波，获得滤波信号；幅值计算模块，与所述低通滤波器电连接，用于接收所述低通滤波器输出的滤波信号，并根据所述滤波信号进行幅值计算，输出所述超声波信号对应的包络幅值曲线；包络处理模块，与所述幅值计算模块电连接，用于接收所述幅值计算模块输出的包络幅值曲线，并对所述包络幅值曲线进行数据提取获得最终包络曲线；阈值产生电路，所述阈值产生电路用于产生包络曲线阈值；阈值比较电路，与所述包络处理模块和所述阈值产生电路电连接，用于接收所述包络处理模块输出的所述最终包络曲线，以及接收所述阈值产生电路输出的所述包络曲线阈值，并将所述最终包络曲线与所述包络曲线阈值进行比较输出阈值比较结果
。2.
根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述数字下变频模块，包括：第一变频模块，与所述采样电路电连接，用于接收所述采样电路输出的采样信号，并将所述采样信号变频为第一混频信号；第二变频模块，与所述采样电路电连接，用于接收所述采样电路输出的采样信号，并将所述采样信号变频为第二混频信号；其中，所述第一变频模块和所述第二变频模块采用的本地信号相互正交；所述低通滤波器，包括：第一低通滤波器，与所述第一变频模块电连接，用于接收所述第一变频模块输出的第一混频信号，并对所述第一混频信号进行低通滤波，获得第一滤波信号；第二低通滤波器，与所述第二变频模块电连接，用于接收所述第二变频模块输出的第二混频信号，并对所述第二混频信号进行低通滤波，获得第二滤波信号；所述幅值计算模块，分别与所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器电连接，用于接收所述第一低通滤波器输出的第一滤波信号以及所述第二低通滤波器输出的第二滤波信号，并根据所述第一滤波信号和所述第二滤波信号进行幅值计算，输出所述包络幅值曲线
。3.
根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述包络处理模块，具体用于采用以下数据处理方式中的至少一种对所述包络幅值曲线进行数据提取：第一数据处理方式：取所述包络幅值曲线的连续
n
个幅值的平均值，作为所述最终包络曲线；第二数据处理方式：取所述包络幅值曲线的连续
n
个幅值的峰值，作为所述最终包络曲线；
第三数据处理方式：取所述包络幅值曲线的连续
n
个幅值的任意点，作为所述最终包络曲线；第四数据处理方式：在所述包络幅值曲线中每间隔
n
‑1个点取一次幅值，作为所述最终包络曲线
。4.
根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述超声波信号分为：驱动阶段
、
余震阶段和接收阶段，所述包络处理模块至少在所述驱动阶段和所述余震阶段的过渡期之间对所述包络幅值曲线按照所述第二数据处理方式进行数据提取获得所述最终包络曲线
。5.
根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，在所述接收阶段，所述包络处理模块采用所述第一数据处理方式
、
所述第三数据处理方式或所述第四数据处理方式进行数据提取获得所述最终包络曲线
。6.
根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述阈值产生电路包括存储单元，所述存储单元用于存储静态阈值，所述阈值产生电路读取所述存储单元中的静态阈值来产生所述包络曲线阈值
。7.
根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，还包括：防抖电路，所述防抖电路与所述阈值比较电路电连接，用于接收所述阈值比较电路输出的所述阈值比较结果，并在所述阈值比较结果宽度小于宽度阈值时反向所述阈值比较结果
。8.
根据权利要求1‑7任意一项所述的芯片，其特征在于，所述
n
＝
8。9.
根据权利要求1‑7任意一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋祥顺，梅丁蕾，张剑云，
申请(专利权)人：成都极海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：