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雷达传感器如何扩展工业和汽车传感器市场?

日期:2020-09-16 09:04:28 作者:admin 来源:未知

  当您能够将雷达体系封装在10mm×10mm的芯片中时,您将得到一种几年前无法幻想的新式传感器。如今,将雷达芯片用于某些创造性的传感运用已成为一种常见的做法。
 
  工业和轿车商场迫切需要立异的传感功用,以帮忙车辆,工厂,建筑物和城市更好地感知周围的环境,并协助他们做出更正确的决议计划。毫米波(mmWave)雷达传感器的完成方案正在不断添加和扩展。一些有趣的新示例包含跟踪老年人,车内监控和确保机器人安全。本文着眼于德州仪器(TI)的60 GHz雷达如何扩展工业和轿车传感器商场。
 
  雷达传感器异乎寻常
 
  实际上,在工业和轿车运用中运用了数十种甚至数百种不同类型的传感器。温度,压力,流量,光线和其他常见的物理特性是最经常丈量或监控的。但存在,规模或间隔,运动和速度以及方向角往往难以监控。一般,此类丈量必须在夜间,恶劣气候或恶劣的环境条件下进行。这是雷达传感器发挥作用的地方。
 
  完整的雷达传感器包含雷达芯片,天线和电源。德州仪器(TI)的60毫米毫米波IWR6843雷达传感器便是这种芯片(图1),该传感器经过FMCW(调频连续波)在60-64 GHz规模内作业。它由三个雷达发射器,四个雷达接收器以及所有必需的ADC,DAC和合成器组成。
 
  显现的是IWR6443雷达的总体框图。
 
  IWR6843的另一个主要部分是其处理才能,它由Arm Cortex-R4F 200 MHz MCU组成,以及由TIC674x DSP组成的数字信号处理器(DSP)部分,能够进行快速傅立叶运算。转化(FFT)和其他高级处理,同时运用内存和标准I/O接口。该芯片采用10.4×10.4mm BGA封装。
 
  发射机出称为线性调频的FMCW信号。这是一个毫米波正弦波,其频率在40μs的时刻内从60 GHz添加到64 GHz(图2)。信号从目标反射,接收器检测并捕获它们。然后,以各种方式(FFT等)处理这些信号,以发生间隔,速度和视点丈量值。
 
  这些雷达线性调频信号表明起伏与时刻(a)和频率与时刻(b)的联系
 
  雷达传感器能够做什么其他传感器无法做到的
 
  传统且更简略的传感器仅检测和丈量某些物理特性(例如温度)的变化。可是雷达传感器能够确定到物体的间隔(规模),物体的速度以及物体相对于某个参阅的视点。它能够“看穿”墙壁,尤其是木头和岩石。这种类型的传感器甚至能够检测玻璃墙,窗户,门或隔断。它能够准确地丈量任何这些东西的规模。
 
  60 GHz时的间隔分辨率为3.75厘米。经过这种分辨率,这些传感器能够检测,识别和分离间隔很近的物体。运用程序允许这些传感器检测和计数来自工厂或房间或车辆内人员的信号。规模分辨率主要是信号带宽的函数-带宽越宽,分辨率越好。作为此功用的一部分,请不要忘记运动检测是一项有用的功用。
 
  此外,雷达传感器能够丈量速度。由于多普勒效应对变化的频率信号发生影响,因此能够核算出被检测物体的速度。速度分辨率几乎是信号中心频率的直接函数。相同,传输频率越高,分辨率越高。
 
  一般将所有信号捕获和丈量称为丰厚点云数据。您拾取的数据总量可带来更好的丈量成果以及能够进行的更多不同类型的丈量。例如,能够运用某些捕获的数据来核算检测到的信号的视点。
 
  雷达芯片运用
 
  片上雷达设备首先在轿车中被广泛运用。运用包含自动巡航操控,紧急自制动,换道检测以及其他用例。这些运用依然存在,并且由于大多数新式现代车辆中强制性的高级驾驶员辅佐体系(ADAS)的影响,这些运用将会添加。雷达传感器穿透固体的才能使它们成为杰出的挨近探测器,从而发生了一些其他用处。
 
  例如,雷达经过固体资料进行感应的才能使检测无人看管的儿童,监督乘员的状况以及估计驾驶员生命体征的准确性到达从未有的高度。您能够检测儿童的身姿和动作,核算车辆中的人数,并检查驾驶员是否过于困倦而无法开车。
 
  可是这些运用程序的经验激发了其他领域的爱好。例如,60 GHz雷达IC传感器为机器人技术,楼宇自动化和工厂制造中的运用带来了新的认识和智能。机器人技术的运用特别有协助。雷达传感器能够经过检测方位,运动速度甚至视点来为大型工业机器人供给安全性。能够为机器人界说不可见的安全“笼子”或窗布,以供给可见和可听见的正告。
 
  雷达传感器短少的部件是电源和天线。走运的是,在60 GHz处,波长很短(大约5毫米),因此天线很小。60 GHz的简略半波偶极子仅为2.5 mm.因此,在此频率下,设计人员能够创立相控阵,以供给增益,方向性和波束构成的潜力。小型相控阵能够直接在PCB上制成,或许在某些情况下也能够在IC芯片上直接制成。在特殊运用中,能够挑选喇叭天线。
 
  关于芯片雷达频率
 
  第一批有用的雷达芯片运用24 GHz频段,同时界说了宽带和窄带段。该5MHz频段甚至被扩展用于特定用处。到2022年,美国和其他国家/区域的监管机构将逐渐筛选24 MHz频段,由于24 GHz空间终究将用于5G mmWave手机服务。对于传感器,监管部门已指定60至64 GHz频段进行操作。在此频率规模内作业的芯片具有更好的方位分辨率。在某些国家/区域,能够挑选76至81 GHz频段。