低功耗 60GHz毫米波雷達(dá)傳感器如何在更多應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高精度傳感

基于雷達(dá)的傳感器集成電路 (IC) 得益于其遠(yuǎn)距離功能、高運(yùn)動(dòng)靈敏度和隱私特性，成為位置和接近傳感設(shè)計(jì)的常用技術(shù)。憑借其高精度，雷達(dá)傳感器在汽車和工業(yè)市場(chǎng)中也很受歡迎，適用于盲點(diǎn)檢測(cè)、碰撞檢測(cè)以及人員存在和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等應(yīng)用。

近年來(lái)，60GHz 和 77GHz 雷達(dá)傳感器取代了 24GHz 雷達(dá)傳感器，具有更高的分辨率、更高的精度和更小的外形尺寸。60GHz 和 77GHz 雷達(dá)頻段還支持新型應(yīng)用，例如車輛中的兒童存在檢測(cè)和醫(yī)院中的老年人跌倒檢測(cè)。

盡管具有雷達(dá)傳感的優(yōu)勢(shì)，但高性能 60GHz 和 77GHz 片上系統(tǒng) (SoC) 傳感器以前在功耗預(yù)算緊張的應(yīng)用中會(huì)受到限制。IWRL6432 和 IWRL6432AOP 等新型雷達(dá)傳感器因采用低功耗架構(gòu)而功耗更低，并支持在工業(yè)、個(gè)人電子產(chǎn)品和汽車應(yīng)用中部署雷達(dá)。低功耗雷達(dá)具有內(nèi)置的睡眠模式和高效的運(yùn)行占空比，能夠使傳感系統(tǒng)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)，并智能地決定采取行動(dòng)的時(shí)機(jī)，其功率預(yù)算在 5mW 以內(nèi)。這種能力能夠?yàn)殡姵毓╇姷膽?yīng)用和線路功率有限的應(yīng)用帶來(lái)高性能雷達(dá)傳感，而這在以前是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

天線設(shè)計(jì)是基于雷達(dá)傳感器的系統(tǒng)中的關(guān)鍵方面，會(huì)影響最大檢測(cè)距離和視場(chǎng)等關(guān)鍵性能特性。IWRL6432AOP 具有集成式封裝天線，可幫助簡(jiǎn)化天線設(shè)計(jì)。使用這種內(nèi)置天線時(shí)，工程師不需要設(shè)計(jì)自己的天線方向圖，也不必?fù)碛胸S富的射頻設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還能更大限度地減少對(duì)印刷天線的需求。印刷天線需要特殊的高成本材料來(lái)盡可能地減少信號(hào)損失。因此，工程師在使用 IWRL6432AOP 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以使用性能較低的 PCB 材料，從而降低 BOM 成本。

在本文中，德州儀器將探討家庭、樓宇、工廠和個(gè)人電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)如何從低功耗雷達(dá)傳感器中受益。

用于樓宇自動(dòng)化的低功耗雷達(dá)傳感

實(shí)現(xiàn)更智能、更高效、更安全、更舒適的家庭、城市和辦公空間需要持續(xù)的環(huán)保意識(shí)。IWRL6432 和 IWRL6432AOP 等傳感器有助于滿足對(duì)于更節(jié)能、更智能的傳感的需求。這些器件在較低占空比下的平均功耗小于 2mW，因?yàn)樗鼈兙哂猩疃人吣Ｊ?，這一特性對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)傳感的家庭和樓宇來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。盡管功耗低于前幾代毫米波 (mmWave) 雷達(dá)傳感器，但這些新型低功耗器件可以通過(guò)片上數(shù)據(jù)處理功能提供現(xiàn)代智能家庭和城市應(yīng)用所需的智能化，從而實(shí)現(xiàn)前沿的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、手勢(shì)識(shí)別和決策。

支持的應(yīng)用示例包括：

●   用于實(shí)現(xiàn)家庭和辦公環(huán)境安全的運(yùn)動(dòng)和存在檢測(cè)傳感器、用于老年人監(jiān)護(hù)的跌倒檢測(cè)傳感器，以及智能恒溫器。

●   智能恒溫器和暖通空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)入座率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫控制。

●   割草機(jī)、吸塵器和服務(wù)機(jī)器人，即使在黑暗中也能感知小物體，并通過(guò)更高的效率為用戶帶來(lái)更舒適的體驗(yàn)。

圖1 樓宇自動(dòng)化傳感應(yīng)用（可視門(mén)鈴和家用安防攝像頭）

用于工廠自動(dòng)化的低功耗雷達(dá)傳感

為了滿足全球運(yùn)輸?shù)男枨?，制造商需要提高制造過(guò)程自動(dòng)化和智能運(yùn)輸?shù)男?。智能可靠的傳感器將?gòu)建一個(gè)安全網(wǎng)，使機(jī)器能夠快速準(zhǔn)確檢測(cè)到物體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間更安全的交互。

配備傳感器的自動(dòng)導(dǎo)航車 (AGV) 和自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 可以看到障礙物（包括人類），并沿著計(jì)劃的路線從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)。德州儀器的低功耗毫米波傳感器可延長(zhǎng) AGV 和 AMR 的工作時(shí)間，同時(shí)其較低的成本促進(jìn)了該技術(shù)的普及。毫米波傳感器還在無(wú)人機(jī)中用于實(shí)現(xiàn)物體檢測(cè)、防撞和高度監(jiān)測(cè)等自主功能。

在住宅環(huán)境中，機(jī)器人割草機(jī)和吸塵器中搭載的 IWRL6432 和 IWRL6432AOP 傳感器可以檢測(cè)到其他傳感技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到的小障礙物。較低的功耗可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的工作時(shí)間，降低電池充電需求。

圖2 工廠自動(dòng)化中的傳感用例（割草機(jī)、吸塵器、物流機(jī)器人）

用于個(gè)人電子產(chǎn)品的低功耗雷達(dá)傳感

通過(guò)集成小型 60GHz 傳感器，便攜式計(jì)算機(jī)和筆記本電腦現(xiàn)在可以感知旁觀者的存在。電視機(jī)可以檢測(cè)人的存在并自動(dòng)開(kāi)機(jī)，還可以檢測(cè)手勢(shì)并提供個(gè)性化的用戶體驗(yàn)。健身設(shè)備和智能手表可以估算心率和呼吸頻率。

圖3 個(gè)人電子產(chǎn)品中的傳感用例（便攜式計(jì)算機(jī)/筆記本電腦、電視和家庭影院系統(tǒng)、條形音箱）

結(jié)語(yǔ)

低功耗 60GHz 雷達(dá)傳感器將為那些以往因功率預(yù)算嚴(yán)格而受限的市場(chǎng)帶來(lái)新的傳感應(yīng)用機(jī)會(huì)。隨著這個(gè)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，設(shè)計(jì)工程師可以開(kāi)發(fā)體積更小、功能更強(qiáng)大的應(yīng)用，使我們的世界、我們的家庭和建筑更加智能。