低功耗60GHz毫米波雷達感測器 如何實現高精確度感測?
作者 : 德州儀器 (TI)
在本文中，我們將探討家庭、工廠、個人電子產品和汽車設計如何從低功耗雷達感測器中受益。
基於雷達的感測器IC得益於其遠距離探測能力、高運動靈敏度和隱私保護的特性，成為一種常用的感測技術。憑藉其高精確度，雷達感測器廣泛的應用在在汽車和工業市場中，如盲點檢測、碰撞檢測、人員存在和運動檢測等應用。
近年來，60GHz和77GHz雷達感測器取代了24GHz雷達感測器，具有更高的解析度、更高的精確度和更小的外形尺寸。60GHz和77GHz雷達頻段還支持了多種新的應用，例如車輛中的兒童存在檢測和醫院中的老年人跌倒檢測。
儘管具有雷達感測的獨特優勢，但高性能60GHz和77GHz片上系統感測器以前在功耗預算緊張的應用中會受到限制。IWRL6432和AWRL6432等新型雷達感測器因採用低功耗架構使得功耗更低，可以支援在工業、個人電子產品和汽車應用中使用雷達。
低功耗雷達內置休眠模式和提供高效的運行工作週期(DutyCycle)，能夠讓感測系統檢測到運動，並智慧地決定採取行動的時機，其功耗預算在5mW以內。這些特點能夠讓高性能雷達感測應用於電池供電的應用和線路功率有限的應用，而這在以前是無法實現的。
用於樓宇自動化的低功耗雷達感測
實現下一代更智慧、更高效、更安全、更舒適的家庭、城市和辦公空間需要環保意識和人工智慧。IWRL6432等感測器有助於滿足對於更節能、更智慧的感測設計需求。這些器件支援深度睡眠模式，在較低工作週期下的平均功耗僅為2mW至5mW。這一特性對於需要長時間連續感測的家庭和樓宇來說至關重要。儘管功耗低於前幾代毫米波(mmWave)雷達感測器，這些新型低功耗器件仍然可以通過片上資料處理功能提供現代智慧家居和城市應用所需的智慧化，從而實現邊沿的運動檢測、手勢識別和決策。
支援的應用的示例包括：
- 運動和存在檢測，實現家庭和辦公環境安全。
- 智慧恒溫器和暖通空調系統，通過檢測人員占有率實現自動氣溫控制。
- 割草機、吸塵器和服務機器人，即使在黑暗中也能感知小物體，並通過更高的效率為用戶提供更多的舒適度。
圖1：樓宇自動化感測應用。
用於工廠自動化的低功耗雷達感測
為了滿足全球運輸的需求，製造商需要提高製造過程自動化和智慧運輸的效率。智慧可靠的感測器將構建一個安全網，使機器能夠快速準確檢測到物體，同時實現人機之間更安全的互動。
配備感測器的自動導航車(AGV)和自主移動機器人(AMR)可以檢測到障礙物(包括人類)，並沿著計畫的路線從A點移動到B點。TI的低功耗毫米波感測器可延長AGV和AMR的工作時間，同時其較低的成本可以促進該技術的普及。
在住宅環境中，機器人割草機和吸塵器中搭載的IWRL6432感測器可以檢測到其他感測技術無法檢測到的較小障礙物。較低的功耗可實現更長的工作時間，降低電池充電需求。
圖2：工業自動化中的感測應用範例 (割草機、物流機器人、吸塵器等)。
用於個人電子產品的低功耗雷達感測
通過整合小型60GHz雷達感測器，筆記型電腦現在可以感知旁觀者的存在。電視機可以檢測人的存在並自動開機，還可以檢測手勢並提供個性化的用戶體驗。健身設備和智慧手錶可以估算心率和呼吸頻率，提供健康相關資訊，使人們採用更健康的生活方式。
圖3：個人電子產品中的感測應用範例 (筆電、電視與家庭劇院、音箱)。
用於汽車車內應用的低功耗雷達感測
越來越多的汽車製造商正在將感測器引入車輛中用於車記憶體在檢測和監控，部分原因是歐盟新車安全評鑑協會(EuroNCAP)等組織提出了相關安全法規。從2025年開始，EuroNCAP將對能夠在車輛停車後感知和提醒有兒童留在車內的車輛給予更高評分。
低功耗60GHz毫米波雷達感測器可以説明汽車原始設備製造商(OEM)滿足EuroNCAP等法規要求，同時可以通過擴展單個感測器實現多功能來優化感測器系統的總成本，如圖4所示。
高性能60GHz雷達感測器因其檢測靈敏度和運動分類能力，在車內應用中具有良好表現。但它們需要滿足超低功耗要求，才能取代當今通常用於入侵偵測的超聲波感測器。
圖4：使用60Hz雷達感測器進行車內持續監控概念示意。
低功耗60GHz雷達感測器將在以前功耗預算緊張使得感測使用受限的市場中支援新的感測應用。隨著這個領域的不斷創新，設計工程師可以開發體積更小、功能更強大的應用，使我們的世界、我們的家庭和建築更加智慧。
本文原刊登於EDN China網站
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