利用封裝天線技術(shù)簡(jiǎn)化60GHz汽車(chē)車(chē)內(nèi)雷達(dá)傳感器設(shè)計(jì)

毫米波雷達(dá)為汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用提供了一種主要的感應(yīng)方式，即使在惡劣的環(huán)境條件下，它也能夠遠(yuǎn)距離、以出色的角度和速度精度檢測(cè)距離為幾厘米至幾百米的物體。

典型的雷達(dá)傳感器包含一個(gè)雷達(dá)芯片組以及其他電子元件，例如電源管理電路、閃存和接口外設(shè)，所有這些都裝配在一個(gè)印刷電路板(PCB)上。發(fā)送天線和接收天線通常也在PCB上實(shí)現(xiàn)，但要提高天線性能，則需要使用高頻基板材料（例如Rogers RO3003），而這會(huì)增加PCB的成本和復(fù)雜性。此外，天線可能會(huì)占用多達(dá)30%的布板空間（圖1）。

圖1：PCB上的雷達(dá)傳感器天線占用約30%的布板空間

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封裝天線技術(shù)

可以設(shè)計(jì)天線元件直接集成到封裝基板中的毫米波傳感器，從而減小傳感器的尺寸并降低傳感器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。圖2展示了一種背腔式E形貼片天線元件，該元件將60GHz或77GHz的毫米波輻射到自由空間中。通過(guò)在器件的封裝中布置多個(gè)上述天線元件，可以創(chuàng)建一個(gè)多輸入多輸出(MIMO)陣列，該陣列能夠感應(yīng)三維空間中的物體和人。

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圖2：背腔式E形貼片天線元件

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圖3顯示了AWR6843AOP器件上三個(gè)發(fā)射器天線元件和四個(gè)接收器天線元件的布置情況。該天線可以在方位角和仰角方向上實(shí)現(xiàn)寬視野。

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圖3：具有封裝天線元件的AWR6843AOP器件形成MIMO陣列

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下表顯示了天線陣列的主要規(guī)格。

表1：天線元件性能數(shù)據(jù)

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封裝天線技術(shù)可以為開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：

·較小的尺寸，可實(shí)現(xiàn)超小型傳感器設(shè)計(jì)。采用TI封裝天線技術(shù)的雷達(dá)傳感器比在PCB上裝配天線的傳感器尺寸小約30%。

·由于PCB層疊不需要昂貴的高頻基板材料（例如Rogers RO3003），因此可以降低物料清單成本。

·由于不再需要天線工程師設(shè)計(jì)天線、通過(guò)工具仿真性能和設(shè)計(jì)實(shí)際電路板來(lái)表征不同參數(shù)的性能，因此可以降低設(shè)計(jì)成本。

·由于從硅片到天線的布線更短，因此可以提高效率和降低功率損耗。

對(duì)于MIMO系統(tǒng)而言，在小型且經(jīng)濟(jì)高效的封裝解決方案中實(shí)現(xiàn)高性能天線非常具有挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)有的解決方案是在塑封的頂部或底部布置天線元件；輻射信號(hào)穿過(guò)這種塑封材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生損耗，從而降低效率并觸發(fā)產(chǎn)生雜散輻射的基板模式。另一方面，利用倒裝芯片封裝技術(shù)，可以將天線放置在無(wú)塑封的基板上。此外，天線和硅片可以在多層基板上重疊，從而使解決方案更加緊湊。

封裝天線技術(shù)如何幫助實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)感應(yīng)

隨著歐洲新車(chē)安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)等全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)致力于解決兒童因遺留在車(chē)內(nèi)而中暑身亡的問(wèn)題，汽車(chē)制造商和一級(jí)制造商開(kāi)始使用60GHz毫米波傳感器，用于準(zhǔn)確檢測(cè)車(chē)內(nèi)、甚至處于惡劣環(huán)境條件下的兒童和寵物。

鑒于車(chē)輛的內(nèi)部設(shè)計(jì)迥異，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，傳感器的外形尺寸必須非常小。例如，可能很難將傳感器集成到具有全景天窗的車(chē)頂中；相反，必須將其集成在空間受限的位置，例如后視鏡周?chē)捻敳靠刂婆_(tái)或柱子上。

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圖4：傳感器中PCB板載天線與封裝天線的對(duì)比

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傳感器上的單貼片寬視野天線非常適于放置在車(chē)輛的頂篷內(nèi)襯下方，甚至是柱的正面位置。該天線支持各種車(chē)內(nèi)感應(yīng)用例，例如對(duì)車(chē)內(nèi)兩排座椅（包括擱腳空間）之間的兒童、寵物或乘客進(jìn)行檢測(cè)和定位。該傳感器以低功耗模式運(yùn)行，還可以在惡劣的環(huán)境條件下進(jìn)行入侵檢測(cè)。

開(kāi)發(fā)人員還能夠從集成式數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、微控制器單元(MCU)、雷達(dá)硬件加速器和片上存儲(chǔ)器中受益。通過(guò)將射頻、數(shù)字和天線元件集成在單個(gè)芯片上，可以顯著降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，有助于更快、更簡(jiǎn)單地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

使用60GHz封裝天線毫米波傳感器的車(chē)內(nèi)兒童和乘員檢測(cè)參考設(shè)計(jì)可提供對(duì)車(chē)內(nèi)任何座椅位置兒童和成人的檢測(cè)結(jié)果。該傳感器放置于車(chē)頂位置。下方的圖5、6和7展示了相關(guān)結(jié)果。觀看視頻了解更多詳情。

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圖5：檢測(cè)汽車(chē)后排座椅上的兒童（使用洋娃娃模擬正在呼吸的嬰兒）（視頻）

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圖6：檢測(cè)并定位四個(gè)乘員：駕駛員、乘客以及位于后排座椅上的一名成人和一名兒童（視頻）

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圖7：檢測(cè)車(chē)輛附近的入侵者（視頻）

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封裝天線技術(shù)可幫助雷達(dá)傳感器設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建和設(shè)計(jì)外形尺寸超小的傳感器，不僅減少了工作量、縮短了上市時(shí)間，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)成本優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)兒童檢測(cè)、安全帶提醒裝置、駕駛員生命體征檢測(cè)和手勢(shì)控制等多種應(yīng)用，TI的60GHz AWR6843AOP傳感器可簡(jiǎn)化車(chē)內(nèi)感應(yīng)。

其他資源

·訪問(wèn)AWR6843AOP產(chǎn)品文件夾以獲取數(shù)據(jù)表，并觀看視頻。

·閱讀參考設(shè)計(jì)文檔，了解有關(guān)車(chē)內(nèi)兒童和乘員檢測(cè)測(cè)試的更多信息（包括算法和處理鏈）。

·購(gòu)買(mǎi)AWR6843AOPEVM評(píng)估套件并測(cè)試參考軟件。

關(guān)于德州儀器(TI)

德州儀器（TI）（納斯達(dá)克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導(dǎo)體公司，致力于設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和銷(xiāo)售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車(chē)、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場(chǎng)。我們致力于通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來(lái)乃至現(xiàn)在一直在做的事。欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)公司網(wǎng)站www.ti.com.cn。

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