77GHz雷達傳感器在汽車和工業中的應用

在過去十年中，雷達傳感器已逐漸發展成一種成熟的傳感方式，適用于汽車和工業應用。由于雷達技術有助于實現需要具備遠距離、環境彈性和更高傳感分辨率的設計，因而非常適合應用在高級駕駛輔助系統 (ADAS) 中，例如碰撞檢測和液位檢測。

隨著推出基于互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 的片上系統 (SoC) 雷達傳感器，適用于泊車輔助、腳踢開啟 (KTO) 感應、門障礙物檢測、機器人和電動自行車等應用的雷達技術變得更易于開發和部署。

為了滿足成本和功率受限型汽車和工業應用的需求，當前的 77GHz 雷達 SoC 傳感器需要采用全新設計架構。德州儀器 AWRL1432 和 IWRL1432 SoC 等器件具有電源管理功能，可快速切換不同的電源狀態，并在需要時能夠有效運行雷達前端、數字處理內核或存儲器等內部元件。該器件還可將平均功耗從高于 1W 的典型值降低至低于 5mW（具體取決于線性調頻脈沖配置），使硬件設計人員在熱性能設計方面具有更大的靈活性，并通過去除散熱器和簡化印刷電路板設計來降低成本。 

借助基于軟件的雷達實現更加靈活的新型安裝

汽車制造商對感應方式的選擇通常取決于傳感器在車輛中的用途。舉例來說，當車輛?？坎㈡i車時，腳踢開啟 (KTO) 傳感器應處于待機檢測模式。為了防止在停車時耗盡車輛電池，汽車制造商傳統上會選擇電容式或超聲波等低功耗感應方式。不過遺憾的是，這些類型的傳感器在錯誤檢測、環境可靠性以及性能識別等方面面臨著一定挑戰。AWRL1432 等低功耗 77GHz 雷達的待機狀態檢測功耗低于 3mW，在任何環境條件下都能提高識別精度，并有助于簡化安裝，從而降低總體系統部署成本。

基于對低功耗或高性能的需求，可以將雷達傳感器配置為動態切換至不同的運行模式。以 KTO 感應為例，器件可以在低于 3mW 待機狀態檢測模式下運行，然后在檢測到人員后切換至高性能模式，以便進行腳踢姿勢識別和錯誤檢測，如圖 1 所示。

圖 1：一個 AWRL1432 雷達傳感器即可在低功耗和高性能模式之間動態切換

在 ADAS 領域，傳統的泊車輔助系統使用 8 至 12 個超聲波傳感器外加攝像頭傳感器，而現在正發展成為更強大、更具成本效益的自動化系統。雖然每個超聲波傳感器都可以具有成本效益，但主要缺點體現在傳感器對汽車美觀性造成影響（由于必須打孔）、在惡劣環境中的性能欠佳以及距離檢測性能（最小和最大可測量距離）不佳。

現在，汽車設計人員可以利用具有泊車輔助功能的角雷達傳感器，以及具有成本效益的 TI AWRL1432 集成雷達 SoC，來覆蓋汽車周圍的視野，而不是添加更多的超聲波傳感器，如圖 2 所示。AWRL1432 超短距離雷達傳感器可以檢測到近至 3cm 和遠至 15m 的靜止物體，具體取決于天線配置。

圖 2：使用雷達傳感器實現 360 度泊車輔助覆蓋

如圖 3 所示，您可以在車輛保險杠中央使用相同的傳感器來進行泊車輔助和 KTO，并使用角傳感器來進行泊車輔助和盲點檢測。為了實現這種多模式功能，雷達傳感器不僅必須是軟件可配置的，還必須具有按需從高性能擴展到低功耗的架構靈活性。

圖 3：多模式雷達傳感器在進行泊車輔助和 KTO 

借助低功耗雷達傳感器在惡劣的工業環境中游刃有余

超聲波傳感器廣泛用于非汽車應用中的物體和人員接近感應，例如停車場護欄內的車輛出入控制或非公路車輛（如建筑叉車、農業機械和電動自行車）防撞，如圖 4 所示。鑒于精度要求越來越高，77GHz 雷達傳感器將逐漸取代超聲波傳感器。IWRL1432 的成本較低，有助于使停車障礙傳感器更經濟實惠，以更小巧的外形進行實施和部署。此類傳感器具備較高的射頻性能，也適用于電動自行車、踏板車和農業設備的物體檢測和部署。這些設備需要檢測 1m 至 60m 以上距離的物體和人員。

圖 4：可應對感應挑戰的 77GHz 雷達傳感器在惡劣環境中的應用

如圖 5 所示，液箱液位傳感器通過發射經液體或固體表面（如化學品、油或液體）反射的無線電波，來測量工業環境中的液體和固體料位。即使在蒸汽、泡沫和其他具有挑戰性的條件下也可進行測量。此類應用的主要需求是較低功耗、高檢測精度和工人安全性。77GHz IWRL1432 傳感器內置深度睡眠模式，可實現每次測量低于 10mJ 的功耗，符合安全完整性等級2標準，并提供毫米級測量精度。

圖 5：安裝在工業液箱頂部的 77GHz 雷達傳感器，用于液位測量

結語 

適用于汽車或工業應用的超聲波和電容式感應傳感器本身具有一定設計挑戰。雷達感應領域中的低成本、低功耗器件不僅有助于應對這些設計挑戰，還可為車輛周圍或工業環境中的新興應用敞開大門。