60GHz 毫米波雷達如何為電視和顯示器提供先進的檢測功能

想想這樣一個場景：每次電視開著卻沒有人觀看。鑒于能源成本的不斷上漲，如果電視能夠在檢測到無人觀看后自行關閉，將會大有裨益。電視能夠檢測觀看者座位的距離和方向，并利用這些信息來優化圖像質量，同時還能把發出的聲音對準觀看者來提供出色的音頻，這將大大增強觀看者的體驗。同理，如果顯示器能檢測到有人靠近并啟動登錄，這將會提供更快捷的服務。如果電視在播放特定節目時能檢測室內人數，這將會為服務和內容的供應商提供更好的數據。如果顯示器能了解用戶何時離開工作區并立即自行注銷，這將會加強安全流程。

60GHz 雷達傳感器使上述這些功能得以實現。60GHz 雷達傳感器具有更短的波長和更多數量的發射和接收天線，可以準確檢測室內人員（四人或更多人數）的存在、運動和位置。毫米波雷達可提供多種功能，例如監控多個區域以確定每個區域是否有人員存在并跟蹤人員的移動。 

現在，器件設計和工藝技術的進步使雷達能夠與片上硬件加速器、信號處理器和存儲器集成，而不僅僅是提供射頻前端。這種類型的架構有多種好處：總體而言，它簡化了雷達在電視中的布置。此外，片上信號處理器使雷達能夠在不使用外部處理器的情況下檢測運動（從而節省信號路由并降低其他系統的資源要求），片上信號處理還有助于縮短與喚醒主處理器相關的延時。

使用雷達數據還可以實時提取信息，并交給機器學習算法處理，然后開發諸如運動分類等功能。將吸塵器、風扇和寵物等物體的運動與人類的運動區分開將有助于做出智能判定，并可能幫助減少錯誤檢測的數量，從而減少對其他功能不必要的喚醒和處理。

通過精確測量距離、速度和到達角，60GHz 雷達傳感器能夠提供一些高級功能，例如非接觸式人機界面 (HMI) 的手勢識別。雷達可以識別多種手勢，例如從右向左滑動（或相反），用于打開電視、更換頻道以及提高或降低音量（圖 1）。

圖 1：使用手勢切換電視頻道

憑借更短的信號波長和精密測量，60GHz 雷達可以檢測呼吸等細微的身體運動，從而實現呼吸頻率的非接觸式測量，甚至實現睡眠監測等高級功能（圖 2）。

圖 2：使用雷達測量呼吸頻率

為了盡可能增大可視區域和屏幕尺寸（這一直是個挑戰），新的電視和顯示器設計正在將邊框寬度向超薄尺寸發展。德州儀器 (TI) 的 IWRL6432 等 60GHz 雷達正在通過更小的器件尺寸、更低的成本以及在小區域內放置多個接收和發射天線來應對這一挑戰，從而提供預期功能所需的增強性能和分辨率。由于波長較長會限制天線數量，超寬帶和 24GHz 器件等其他技術無法支持這種性能水平。

毫米波雷達通常采用在封裝上蝕刻天線的封裝技術（也稱為封裝天線），從而簡化了電路板設計。然而，由于設計是固定的，天線放置的靈活性會受到限制。為了解決與不同設計要求相關的挑戰，IWRL6432 雷達傳感器采用小型封裝（可在低成本印刷電路板上蝕刻天線，見圖 3），從而使您能夠靈活地定制設計。

圖 3：IWRL6432 的天線參考設計示例

大多數應用要求毫米波雷達始終保持開啟狀態以監控和檢測動作，同時讓產品的其余部分進入睡眠狀態以節省電量。TI 設計的 IWRL6432 雷達傳感器具有超低功耗，能夠以低至 2mW 的功耗檢測是否有人員存在。您還可以根據目標應用配置器件以盡可能降低功耗。例如，當您需要實現更高的電源效率時，可以將器件置于深度睡眠模式以實現低占空比應用。請參閱圖 4，了解高度集成的雷達設計示例。

圖 4：IWRL6432 的方框圖

結語

技術進步使得在電視和臺式顯示器等消費和個人電子產品應用中應用 60GHz 雷達傳感器成為可能。IWRL6432 等雷達傳感器可在這些產品中實現智能檢測，從而實現增強功能，包括：

· 用于智能決策的情景式存在和運動檢測。

· 用于 HMI 的手勢識別。

· 呼吸和睡眠的生命體征監測。

· 超低功耗監控存在和運動，同時在未使用時關閉其他產品功能。

· 低器件和物料清單成本、緊湊的解決方案尺寸和可配置的天線設計。