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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

2023/02/08
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基于雷達(dá)傳感器集成電路 (IC) 得益于其遠(yuǎn)距離探測(cè)能力、高運(yùn)動(dòng)靈敏度和隱私保護(hù)的特性,成為一種常用的傳感技術(shù)。憑借其高精度,雷達(dá)傳感器廣泛的應(yīng)用在在汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)中,例如盲點(diǎn)檢測(cè)、碰撞檢測(cè)、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)頻段還支持了多種新的應(yīng)用,例如車(chē)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)傳感的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),但高性能 60GHz 和 77GHz 片上系統(tǒng)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 AWRL6432 等新型雷達(dá)傳感器因采用低功耗架構(gòu)使得功耗更低,可以支持在工業(yè)、個(gè)人電子產(chǎn)品和汽車(chē)應(yīng)用中使用雷達(dá)。低功耗雷達(dá)內(nèi)置休眠模式和提供高效的運(yùn)行占空比,能夠讓傳感系統(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),其功耗預(yù)算在 5mW 以內(nèi)。這些特點(diǎn)能夠讓高性能雷達(dá)傳感應(yīng)用于電池供電的應(yīng)用和線路功率有限的應(yīng)用,而這在以前是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

在本文中,我們將探討家庭、工廠、個(gè)人電子產(chǎn)品和汽車(chē)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)下一代更智能、更高效、更安全、更舒適的家庭、城市和辦公空間需要環(huán)保意識(shí)和人工智能。IWRL6432 等傳感器有助于滿足對(duì)于更節(jié)能、更智能的傳感的設(shè)計(jì)需求。這些器件支持深度睡眠模式,在較低占空比下的平均功耗僅為 2mW 至 5mW。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,這些新型低功耗器件仍然可以通過(guò)片上數(shù)據(jù)處理功能提供現(xiàn)代智能家居和城市應(yīng)用所需的智能化,從而實(shí)現(xiàn)邊沿的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、手勢(shì)識(shí)別和決策。

支持的應(yīng)用的示例包括:

  • 運(yùn)動(dòng)和存在檢測(cè),實(shí)現(xiàn)家庭和辦公環(huán)境安全。
  • 智能恒溫器和暖通空調(diào)系統(tǒng),通過(guò)檢測(cè)人員占有率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣溫控制。
  • 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)更高的效率為用戶提供更多的舒適度。

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(chē) (AGV) 和自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 可以檢測(cè)到障礙物(包括人類(lèi)),并沿著計(jì)劃的路線從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)。TI 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)其較低的成本可以促進(jìn)該技術(shù)的普及。

在住宅環(huán)境中,機(jī)器人割草機(jī)和吸塵器中搭載的 IWRL6432 傳感器可以檢測(cè)到其他傳感技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到的較小障礙物。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)、物流機(jī)器人、吸塵器)

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 雷達(dá)傳感器,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,提供健康相關(guān)信息,使人們采用更健康的生活方式。


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

用于汽車(chē)車(chē)內(nèi)應(yīng)用的低功耗雷達(dá)傳感

越來(lái)越多的汽車(chē)制造商正在將傳感器引入車(chē)輛中用于車(chē)內(nèi)存在檢測(cè)和監(jiān)控,部分原因是歐盟新車(chē)安全評(píng)鑒協(xié)會(huì) (Euro NCAP) 等組織提出了相關(guān)安全法規(guī)。從 2025 年開(kāi)始,Euro NCAP 將對(duì)能夠在車(chē)輛停車(chē)后感知和提醒有兒童留在車(chē)內(nèi)的車(chē)輛給予更高評(píng)分。

低功耗 60GHz 毫米波雷達(dá)傳感器可以幫助汽車(chē)原始設(shè)備制造商(OEM)滿足 Euro NCAP 等法規(guī)要求,同時(shí)可以通過(guò)擴(kuò)展單個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)多功能來(lái)優(yōu)化傳感器系統(tǒng)的總成本,如圖 4 所示。

高性能 60GHz 雷達(dá)傳感器因其檢測(cè)靈敏度和運(yùn)動(dòng)分類(lèi)能力,在車(chē)內(nèi)應(yīng)用中具有良好表現(xiàn)。但它們需要滿足超低功耗要求,才能取代當(dāng)今通常用于入侵檢測(cè)的超聲波傳感器。閱讀文章“使用低功耗 60GHz 毫米波雷達(dá)傳感器滿足 Euro NCAP 兒童存在檢測(cè)要求”,了解詳細(xì)信息。


圖 4:使用 60GHz 雷達(dá)傳感器進(jìn)行持續(xù)車(chē)內(nèi)監(jiān)控的示意圖

低功耗 60GHz 雷達(dá)傳感器將在以前功耗預(yù)算緊張使得傳感使用受限的市場(chǎng)中支持新的傳感應(yīng)用。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。

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