毫米波傳感器：應用有望拓寬，TI看好汽車工業(yè)醫(yī)療

　　近日，TI在京舉辦新聞發(fā)布會，宣布推出毫米波單芯片CMOS產(chǎn)品組合，包括汽車和工業(yè)用二大系列共計5款芯片及其解決方案，頻率76~81GHz。

　　有趣的是，在新聞發(fā)布會上，TI的汽車和工業(yè)部門負責人向媒體介紹了集成度進一步提高后的毫米波傳感器可能的應用，遠超常規(guī)的應用場景。

　　將覆蓋汽車的長中近距離

　　通常認為毫米波雷達用于汽車倒車或做前向雷達，從TI的角度，還能做什么?

　　TI汽車雷達產(chǎn)品營銷總監(jiān) Sudipto Bose介紹說，AWR系列是滿足車規(guī)的車用芯片，分為三個系列：AWR12、AWR14和AWR16。

　　AWR12可以用于中長程雷達。特點是精度高，可以自尋航，如果波束成形，可以用于在高速公路上的自動駕駛。

　　圖: Sudipto Bose展示第三方合作伙伴采用AWR芯片做的車用開發(fā)板

　　AWR14可以實現(xiàn)接近感測。其增加了MCU(注：MCU采用ARM Cortex-R4F核)，可以實現(xiàn)開門預警，例如開門時，若門外有障礙物會報警。車頂也可以探測，汽車如果將碰到車頂時也會報警，即車周探測。另外，還可檢測駕駛員的呼吸和心跳(注：筆者還見到攝像頭監(jiān)視方案、測手指的脈搏方法等)，以及乘員監(jiān)測，諸如小孩是否在車里。即過去毫米波雷達沒有涉足的領域也可以應用到。

　　AWR16系列可作為超短和短程雷達。例如盲點、防后方碰撞/警告、車道變更輔助、交通路口警報等。

　　AWR1x的優(yōu)勢是，目前開發(fā)人員在車輛中創(chuàng)建美國汽車工程師學會(SAE)國際2級及以上功能時會遇到阻礙，主要來自傳感器尺寸和為特定組件供電。通過內(nèi)置的質(zhì)量標準、在小外形尺寸和低功率封裝中所達到的高精確度，TI的AWR1x 毫米波產(chǎn)品組合讓開發(fā)人員能夠滿足這些要求，同時實現(xiàn)低成本。設計人員不但可以提高高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)和自主駕駛的安全特性—包括可實現(xiàn)汽車安全完整性等級(ASIL-B)的ISO 26262，而且提供了自動泊車輔助、行人探測，以及承載率和駕駛員監(jiān)控等全新特性。

　　圖：單芯片的集成度提高

　　IWR適合工業(yè)和醫(yī)療等應用

　　TI工業(yè)雷達產(chǎn)品營銷總監(jiān)Robert Ferguson展示了工業(yè)級IWR系列新產(chǎn)品的多種可能應用。

　　*可以感知容積多少，液位多少，是否達到可控狀態(tài)。

　　圖：演示環(huán)節(jié)，用雷達測試臺子下的白色物體是否平坦，可用于液位探測。探測哪種物體，需要軟件調(diào)整，例如探測液體、固體等。

　　*也可以進行交通監(jiān)測，通常用攝像頭監(jiān)測，雷達適合更惡劣的環(huán)境，諸如霧霾、下雨、暗光等。而且可以測速，可以偵測到運動物體方位角，指引攝像頭追蹤目標。做智能交通管理方面，可進行紅綠燈的管理。

　　*延伸應用，諸如檢測車里多少人，工業(yè)機器人感知周圍是否有人，還有無人機自動避障、降落等。

　　雷達技術(shù)有三個感知層面：距離，相對速度，方位。在工業(yè)上，之前也有一些探測，例如智能門只能檢測位置。如果人跑步進入這個門的時候，難以識別;如果用雷達技術(shù)，三個層面都能覆蓋到。

　　在演示環(huán)節(jié)，還展示了用雷達探測人的呼吸和心跳方案，如下圖。

　　總之，為了應對工廠、樓宇自動化系統(tǒng)和智能基礎設施中對于更高效率的需求，開發(fā)人員現(xiàn)在能夠充分利用TI IWR系列的智能化且穩(wěn)健耐用的毫米波傳感器產(chǎn)品組合。此外，在一些需求不斷增長的應用領域，如醫(yī)療設備、箱內(nèi)液位感測、機器人視覺和無人機等，這項感測技術(shù)可用于改造現(xiàn)有的一些功能。TI的IWR1x 毫米波非接觸式傳感器的特點是不受環(huán)境中的光照、降雨、灰塵、下霧或霜凍的影響，這使它們在室內(nèi)或室外都能穩(wěn)健運行。通過確定設備周圍物體的所處范圍、速率和角度，這些傳感器能立即適應動態(tài)變化的場景。

　　熱門問答

　　問：與市面上的傳感器方案相比，此次發(fā)布有何優(yōu)勢?

　　答：TI推出的是單芯片方案10.4mmx10.4mm，這是因為建立在CMOS技術(shù)之上，在基爾比實驗室研制，做在一個die(裸片)上。

　　AWR1x和IWR1x傳感器產(chǎn)品組合提供比目前市場上毫米波解決方案高3倍的感測精度?？梢蕴綔y頭發(fā)絲的精度(注：測試條件是：每秒1次測量，沒有關注速度，每秒50微米的精度。)，可以用于馬達平臺的振動等工業(yè)測量。

　　功耗只有市面上常用產(chǎn)品的1/4，僅150mW。

　　圖: AWR系列適合汽車應用，IWR系列適合工業(yè)應用

　　問：過去RF用SiGe技術(shù)，CMOS相比有何特點?

　　答：首先是精確，其次低功耗和可以做得更小。

　　問：在汽車應用中，還有24GHz毫米波雷達，為何此次推出77GHz?

　　答：全球都在從24GHz向77GHz遷移，因為準確率取決于雷達發(fā)射脈沖的有效的頻段，24GHz有0.5兆來取樣，77GHz會多達5、6個G，在這個頻段會給大家?guī)硖嗑鹊奶嵘?，所以它會引發(fā)很多新的領域。

　　另外，77GHz的天線較短。1/4波段的天線設計比24GHz小1/3，整個產(chǎn)品做出來會比24GHz小非常多。。

　　再有，因為24GHz只有幾百兆Hz帶寬。而77GHz左右通常能做到2GHz，而TI做到了5GHz。在中國，76~77GHz是開放的頻段。

　　問：無人機等RF應用中，其他公司也有方案，而且市占率已很高。TI作為后來者，優(yōu)勢是什么?

　　答：在RF(射頻)應用中，大部分采用24GHz，只能配一兩根天線，最大50米距離。而TI的77GHz方案最多實現(xiàn)2發(fā)4收，可以做到100米距離。

　　問：汽車用AWR系列的特點是什么?

　　答：值得一提的是，在動態(tài)配置方面，汽車用的AWR系列從短距離到中距離，頻率可以動態(tài)自動調(diào)整。不僅頻率，還有取樣率、天線等都可調(diào)整。

　　動態(tài)頻率調(diào)節(jié)是重要考慮環(huán)節(jié)，眾多車都在用雷達，要避開這個頻率。TI有ECU(電控單元)，可以讓雷達切換到不同的狀態(tài)。

　　實際上，7年前TI已有毫米波雷達，是160GHz，因此TI有自己的RF技術(shù)。今年把此技術(shù)開放給所有客戶。

　　可見，TI從單芯片到RF、處理器都解決了。過去TI沒有推出RF產(chǎn)品，現(xiàn)在有了。歷史上，過去很多人看到雷達中有TI C2000產(chǎn)品，可見TI DSP很早用于雷達方案，從幾個厘米到300毫米，例如前向雷達，已有新的技術(shù)，例如波束成形技術(shù)。因此，TI使客戶能夠“最合適的產(chǎn)品找最適合的解決方案”。

　　另外，TI比較穩(wěn)重，不像一些競爭對手，在測試芯片階段就對外發(fā)布了。TI發(fā)布產(chǎn)品時，還有軟件、SDK、無線電等一攬子方案，讓客戶在短期內(nèi)就續(xù)。

　　小結(jié)

　　此次發(fā)布會，TI的發(fā)言人希望大家記住三個關鍵詞：CMOS，單芯片，77GHz。

　　電子產(chǎn)品世界的編輯認為，最大的亮點是應用，TI開拓了毫米波雷達的新應用場景，例如攝像頭上配雷達，使監(jiān)測目標具有指向性;能夠探測跑動的人要進入自動門;監(jiān)視人的呼吸和心跳;探測液位;汽車的車周探測，以防止車門外或車頂?shù)恼系K物。