不管是生活場景還是工業(yè)場景，對更強大更全面傳感技術的需求是一直存在的。近年來，毫米波（mmWave）傳感器由于能夠感知場景中物體的范圍、速度和角度而獲得了很多關注。正如在機器人移動應用中開始應用毫米波雷達，其優(yōu)秀的感知能力與魯棒性注定了它會在智能感知上大展身手，這種魯棒性使其在室內和室外的應用中都具有強大的性能。室外，這是很重要的一點，尤其是在機器人移動應用。

完整的毫米波雷達系統包括發(fā)送（TX）和接收（RX）射頻（RF）組件，以及時鐘等模擬組件，還有模數轉換器（ADC）、微控制器（MCU）和數字信號處理器（DSP）等數字組件。

60GHz頻段，大勢所趨

24GHz、60GHz和77GHz是大多數毫米波傳感使用的頻段，車規(guī)級應用基本都在77GHz上。而且這個頻段在大多數地區(qū)都是有限制的，即便是工業(yè)場景中需要精準人機交互的應用，能被允許使用77GHz的地方也不多。工信部發(fā)布的《汽車雷達無線電管理暫行規(guī)定（征求意見稿）》將76-79GHz頻段規(guī)劃用于汽車雷達，并限制了其他地面雷達對該頻段的使用。

（60GH毫米波雷達傳感，英飛凌）

不只是77GHz受限，24GHz頻段的可用帶寬也開始減少，這些變化會直接影響到傳感的范圍分辨率、準確性和魯棒性。雷達本來就依賴于密集的點云數據，可用帶寬的減少肯定會影響整個傳感的性能。在兩個頻段雙雙受限的情況下，60GHz以高精度、豐富的點云數據成為全球工業(yè)場景中雷達傳感應用的最合適的選擇。由于距離分辨率在很大程度上依賴于可用帶寬，60GHz的毫米波傳感器將提供比24GHz毫米波傳感器更好的性能。半導體廠商在車規(guī)級頻段之外，在60GHz頻段的也加大了開發(fā)力度，不少知名廠商都在該頻段布局已久。

英飛凌完全自主研發(fā)的60GHz雷達傳感，能以低于5 mW的低功耗檢測最遠5 m的人體目標，最低功耗能降低至2mW以下，在消費級短距離定位上這種低功耗的小巧IC是最受歡迎的。

TI基于互補金屬氧化物半導體（CMOS）的毫米波雷達也不必多說，一改傳統毫米波雷達系統分立式的組件讓人難以接受的成本和尺寸問題，集成TX-RF、RX-RF組件，集成ADC、MCU等數字組件，甚至集成DSP，將射頻、處理和內存資源集成到一個單片CMOS芯片上。

60GHz毫米波傳感密集點云的優(yōu)勢

上面說到了毫米波雷達依賴于密集的點云數據，運動檢測是毫米波傳感一個很標準的用例，雖然其他技術可能夠完成運動檢測，但對運動物體的計數和跟蹤需要大量的點云數據來準確識并避免錯誤觸發(fā)。我們可以先從點云數據中窺見60GHz能力的一二。

密集的點云數據可以識別毫米波傳感器視場（FoV）中物體的數量，指示它們的位置并對它們進行分類，使用毫米波傳感甚至可以識別特定的對象是什么，至于如何分類識別這里不做詳細介紹，我們重點關注其點云密集度。

（點云比較，TI）

點云數據來自于毫米波傳感器中的四個參數，在x、y和z軸上檢測數據和徑向的速度數據。收集對檢測有意義的數據需要毫米波傳感器有精細范圍分辨率和速度分辨率。上圖很明顯能看出范圍分辨率對收集豐富的點云數據的影響，24GHz的毫米波被限制在250MHz帶寬時，點云密度急劇下降，其實不止點云，距離分辨率的大幅下降將影響所有的毫米波雷達傳感方面的應用。

速度分辨率也是一個取決于各種參數的精細數據，它與中心頻帶更相關，與帶寬倒沒有太多聯系。60GHz的中心頻帶更高，提供的速度分辨率大概是24GHz的2.5倍。精細的速度分辨率能夠讓傳感器更好地跟蹤橫向運動，更穩(wěn)定地檢測移動物體。

目前60GHz和77GHz的毫米波雷達的范圍分辨率都在3.75cm左右，使用250MHz帶寬的24GHz傳感器的最佳范圍分辨率是60cm，由此得來的點云數據的密集程度精細程度顯然是無法處在一個量級的。隨著24GHz可用帶寬的減少，用60GHz來彌補這個缺失是一個不錯的選擇。

一般來說，需要一個專用的數字信號處理器（DSP）來處理從傳感器獲取的原始數據，較弱的點云數據集雖然可以通過修改算法來進行優(yōu)化獲得感知所需要的數據。但問題在于，即使算法優(yōu)化到能夠使用更少的點云數據來提供類似高點云密度的性能，它也會需要額外的處理時間甚至更多的硬件資源，這種處理成本應該沒有半導體廠商會考慮。

寫在最后

用在毫米波雷達傳感設計的PCB最占空間的是天線陣列，該設計需要滿足FoV和增益等規(guī)格，部分設計還需要考慮雷達信號的波長。與24-GHz相比，60GHz的PCB天線部分可以減少大概6倍，對減小傳感器的尺寸還是很有幫助的。