當您可以將雷達系統封裝在10mm×10mm的芯片中時，您將得到一種幾年前無法想象的新型傳感器。如今，將雷達芯片用于某些創造性的傳感應用已成為一種常見的做法。

工業和汽車市場迫切需要創新的傳感功能，以協助車輛，工廠，建筑物和城市更好地感知周圍的環境，并幫助他們做出更明智的決策。毫米波（mmWave）雷達傳感器的實現方案正在不斷增加和擴展。一些有趣的新示例包括跟蹤老年人，車內監控和確保機器人安全。本文著眼于德州儀器（TI）的60 GHz雷達如何擴展工業和汽車傳感器市場。

雷達傳感器與眾不同

實際上，在工業和汽車應用中使用了數十種甚至數百種不同類型的傳感器。溫度，壓力，流量，光線和其他常見的物理特性是最經常測量或監控的。但存在，范圍或距離，運動和速度以及方向角往往難以監控。通常，此類測量必須在夜間，惡劣天氣或惡劣的環境條件下進行。這是雷達傳感器發揮作用的地方。

完整的雷達傳感器包括雷達芯片，天線和電源。德州儀器（TI）的60毫米毫米波IWR6843雷達傳感器就是這種芯片，該傳感器通過FMCW（調頻連續波）在60-64 GHz范圍內工作。它由三個雷達發射器，四個雷達接收器以及所有必需的ADC，DAC和合成器組成。

IWR6843的另一個主要部分是其處理能力，它由Arm Cortex-R4F 200 MHz MCU組成，以及由TIC674x DSP組成的數字信號處理器（DSP）部分，可以進行快速傅立葉運算。轉換（FFT）和其他高級處理，同時使用內存和標準I / O接口。該芯片采用10.4×10.4mm BGA封裝。

發射機發出稱為線性調頻的FMCW信號。這是一個毫米波正弦波，其頻率在40 μs的時間內從60 GHz增加到64 GHz 。信號從目標反射，接收器檢測并捕獲它們。然后，以各種方式（FFT等）處理這些信號，以產生距離，速度和角度測量值。

雷達傳感器可以做什么其他傳感器無法做到的

傳統且更簡單的傳感器僅檢測和測量某些物理特性（例如溫度）的變化。但是雷達傳感器可以確定到物體的距離（范圍），物體的速度以及物體相對于某個參考的角度。它可以“看穿”墻壁，尤其是木頭和巖石。這種類型的傳感器甚至能夠檢測玻璃墻，窗戶，門或隔斷。它可以準確地測量任何這些東西的范圍。

60 GHz時的距離分辨率為3.75厘米。通過這種分辨率，這些傳感器可以檢測，識別和分離間隔很近的物體。應用程序允許這些傳感器檢測和計數來自工廠或房間或車輛內人員的信號。范圍分辨率主要是信號帶寬的函數-帶寬越寬，分辨率越好。作為此功能的一部分，請不要忘記運動檢測是一項有用的功能。

此外，雷達傳感器可以測量速度。由于多普勒效應對變化的頻率信號產生影響，因此可以計算出被檢測物體的速度。速度分辨率幾乎是信號中心頻率的直接函數。同樣，傳輸頻率越高，分辨率越高。

通常將所有信號捕獲和測量稱為豐富點云數據。您拾取的數據總量可帶來更好的測量結果以及可以進行的更多不同類型的測量。例如，可以使用某些捕獲的數據來計算檢測到的信號的角度。

雷達芯片應用

片上雷達設備首先在汽車中被廣泛使用。應用包括自動巡航控制，緊急自制動，換道檢測以及其他用例。這些應用仍然存在，并且由于大多數新型現代車輛中強制性的高級駕駛員輔助系統（ADAS）的影響，這些應用將會增加。雷達傳感器穿透固體的能力使它們成為良好的接近探測器，從而產生了一些其他用途。

例如，雷達通過固體材料進行感應的能力使檢測無人照管的兒童，監視乘員的狀態以及估計駕駛員生命體征的準確性達到前所未有的高度。您可以檢測兒童的身姿和動作，計算車輛中的人數，并檢查駕駛員是否過于困倦而無法開車。

但是這些應用程序的經驗激發了其他領域的興趣。例如，60 GHz雷達IC傳感器為機器人技術，樓宇自動化和工廠制造中的應用帶來了新的認識和智能。機器人技術的使用特別有幫助。雷達傳感器可以通過檢測位置，運動速度甚至角度來為大型工業機器人提供安全性。可以為機器人定義不可見的安全“籠子”或窗簾，以提供可見和可聽見的警告。

雷達傳感器唯一缺少的部件是電源和天線。幸運的是，在60 GHz處，波長很短（大約5毫米），因此天線很小。60 GHz的簡單半波偶極子僅為2.5 mm.因此，在此頻率下，設計人員可以創建相控陣，以提供增益，方向性和波束形成的潛力。小型相控陣可以直接在PCB上制成，或者在某些情況下也可以在IC芯片上直接制成。在特殊應用中，可以選擇喇叭天線。

關于芯片雷達頻率

第一批有用的雷達芯片使用24 GHz頻段，同時定義了寬帶和窄帶段。該5MHz頻段甚至被擴展用于特定用途。到2022年，美國和其他國家/地區的監管機構將逐步淘汰24 MHz頻段，因為24 GHz空間最終將用于5G mmWave手機服務。對于傳感器，監管部門已指定60至64 GHz頻段進行操作。在此頻率范圍內工作的芯片具有更好的位置分辨率。在某些國家/地區，可以選擇76至81 GHz頻段。
責任編輯：tzh