ULC 超声波除尘系统架构

现阶段的自动驾驶，无论是哪种技术路线，都严重依赖外部传感器，摄像头、毫米波、激光雷达。而传感器保护罩的除尘、除水滴或除冰，则是下一步的行业重点。

除尘系统通常采用超声波除尘（SSWF, Supersonic Wave Filter）或压电振动技术。其核心原理是利用压电效应，驱动光学玻璃进行高频振动（通常在30kHz-50kHz或更高），产生的加速度足以将吸附的灰尘颗粒“弹”落。

LCS 系统主要分为 控制域、驱动域、执行域 三大核心板块：

控制核心 (MCU) (控制域)

• 功能: 负责接收主控（Host）指令，生成特定频率的 PWM 波形或 DAC 信号以追踪压电元件的谐振频率（Resonance Frequency Tracking），确保振动效率最大化。
• 常用型号: ST STM32G0系列, Microchip AVR系列。

高压/压电驱动器 (Piezo Haptic Driver / Boost Converter) (驱动域)

• 功能: 压电陶瓷需要较高的电压（通常 60V 甚至更高）才能产生足够的形变。该模块包含升压电路（Boost）和全桥驱动（H-Bridge），将低压直流（3.3V/5V）转换为高压交流信号。
• 常用型号: TI DRV2667 (数字前端), Analog Devices MAX77827。

压电执行器 (Piezoelectric Actuator / PZT) (执行域)

• 功能: 利用逆压电效应，将电能转换为机械能，带动除尘玻璃（Cover Glass）产生驻波振动。
• 类型: 环形压电陶瓷片或多层压电陶瓷。

电源管理 (LDO) (辅助驱动域)

• 功能: 为 MCU 提供纯净的低压逻辑电源（通常由 Host 侧或驱动 IC 内部调节提供）。

1. 几种架构方案对比与选型

关键维度	方案 A: TI ULC1001 (专用 SoC)	方案 B: ADI HPA (高性能分立方案)	方案 C: Richtek/VCM (集成驱动方案)
功能集成度	最高集成度 (单芯片)，BOM 最少。	最低集成度 (MCU + HPA + Boost)，BOM 最多。	中等集成度 (MCU + Driver IC)，BOM 适中。
性能/电压	均衡，针对 ULC 优化。	最高。可实现 100V 以上电压摆幅，波形精度最高。	中等。电压范围适中 (约 40V)，但功率密度高。
设计复杂性	简单 (硬件)，复杂 (软件/算法黑盒)	硬件最复杂 (电源/高压布局)	中等，电源设计被简化。
推荐场景	追求极致体积和功耗，不计成本。	追求极致性能，专业/医疗/工业超声波应用。	主流消费级产品，平衡成本、性能与体积。

2. 基本架构图 (集成驱动拓扑)

3. 关键器件选型

功能模块	型号	替代推荐	核心特性
集成压电驱动器	TI DRV2901 Richtek VCM/Piezo Driver Series	Awinic (艾为) AW86927	内置 Boost，简化了电源设计。
逻辑控制核心 (MCU)	STMicroelectronics STM32G030	GigaDevice (兆易创新) GD32E230 Geehy (极海) APM32F030	高可靠性MCU，负责实现 AFC (自动频率控制) 算法。
LC 匹配电路	TDK / Murata	Sunlord (顺络电子)	高 Q值电感，陶瓷电容，实现 PZT 阻抗匹配。

4. 系统应用场景拓展

该高压压电/超声波驱动方案具备高精度、高频率和高电压输出能力，除了镜头清洁外，可广泛应用于以下领域：

• 光学/传感系统清洁:
  • 自动驾驶 LiDAR/Radar: 传感器保护罩的除尘、除水滴或除冰。
  • 专业摄影设备: 单反/无反相机 CMOS/CCD 传感器防尘除尘。
  • 监控/安防相机: 高端监控镜头玻璃自清洁。
• 消费电子/穿戴设备:
  • 高清晰度触觉反馈 (HD Haptics): 驱动压电陶瓷实现更细腻、响应更快的触觉振动反馈。
  • 超声波雾化: 驱动微孔雾化片 Mesh PZT 实现香氛、医疗雾化或小型加湿器。
• 工业/医疗微系统:
  • 微流控系统: 驱动压电泵或阀门进行高精度液体或气体控制。
  • 超声波探伤/成像: 驱动小型超声波换能器。