低功耗60GHz毫米波雷達(dá)傳感器如何在更多應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高精度傳感

基于雷達(dá)的傳感器集成電路 (IC) 得益于其遠(yuǎn)距離探測能力、高運(yùn)動(dòng)靈敏度和隱私保護(hù)的特性，成為一種常用的傳感技術(shù)。憑借其高精度，雷達(dá)傳感器廣泛的應(yīng)用在在汽車和工業(yè)市場中，例如盲點(diǎn)檢測、碰撞檢測、人員存在和運(yùn)動(dòng)檢測等應(yīng)用。

近年來，60GHz 和 77GHz 雷達(dá)傳感器取代了 24GHz 雷達(dá)傳感器，具有更高的分辨率、更高的精度和更小的外形尺寸。60GHz 和 77GHz 雷達(dá)頻段還支持了多種新的應(yīng)用，例如車輛中的兒童存在檢測和醫(yī)院中的老年人跌倒檢測。

盡管具有雷達(dá)傳感的獨(dú)特優(yōu)勢，但高性能 60GHz 和 77GHz 片上系統(tǒng)傳感器以前在功耗預(yù)算緊張的應(yīng)用中會(huì)受到限制。IWRL6432 和 AWRL6432 等新型雷達(dá)傳感器因采用低功耗架構(gòu)使得功耗更低，可以支持在工業(yè)、個(gè)人電子產(chǎn)品和汽車應(yīng)用中使用雷達(dá)。低功耗雷達(dá)內(nèi)置休眠模式和提供高效的運(yùn)行占空比，能夠讓傳感系統(tǒng)檢測到運(yùn)動(dòng)，并智能地決定采取行動(dòng)的時(shí)機(jī)，其功耗預(yù)算在 5mW 以內(nèi)。這些特點(diǎn)能夠讓高性能雷達(dá)傳感應(yīng)用于電池供電的應(yīng)用和線路功率有限的應(yīng)用，而這在以前是無法實(shí)現(xiàn)的。

在本文中，我們將探討家庭、工廠、個(gè)人電子產(chǎn)品和汽車設(shè)計(jì)如何從低功耗雷達(dá)傳感器中受益。

查看適用于可視門鈴的 60GHz 雷達(dá)的演示視頻 

TI 低功耗 60GHz 雷達(dá)傳感器實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，包括長達(dá) 20m 的檢測距離、多達(dá) 3 人的同時(shí)跟蹤人數(shù)等。觀看視頻“在可視門鈴中使用 60GHz 雷達(dá)傳感器”，了解這些傳感器的實(shí)際應(yīng)用。

用于樓宇自動(dòng)化的低功耗雷達(dá)傳感

實(shí)現(xiàn)下一代更智能、更高效、更安全、更舒適的家庭、城市和辦公空間需要環(huán)保意識和人工智能。IWRL6432 等傳感器有助于滿足對于更節(jié)能、更智能的傳感的設(shè)計(jì)需求。這些器件支持深度睡眠模式，在較低占空比下的平均功耗僅為 2mW 至 5mW。這一特性對于需要長時(shí)間連續(xù)傳感的家庭和樓宇來說至關(guān)重要。盡管功耗低于前幾代毫米波 (mmWave) 雷達(dá)傳感器，這些新型低功耗器件仍然可以通過片上數(shù)據(jù)處理功能提供現(xiàn)代智能家居和城市應(yīng)用所需的智能化，從而實(shí)現(xiàn)邊沿的運(yùn)動(dòng)檢測、手勢識別和決策。

支持的應(yīng)用的示例包括：

●   運(yùn)動(dòng)和存在檢測，實(shí)現(xiàn)家庭和辦公環(huán)境安全。

●   智能恒溫器和暖通空調(diào)系統(tǒng)，通過檢測人員占有率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣溫控制。

●   割草機(jī)、吸塵器和服務(wù)機(jī)器人，即使在黑暗中也能感知小物體，并通過更高的效率為用戶提供更多的舒適度。

圖1 樓宇自動(dòng)化傳感應(yīng)用（可視門鈴和家用安防攝像頭）

用于工廠自動(dòng)化的低功耗雷達(dá)傳感

為了滿足全球運(yùn)輸?shù)男枨?，制造商需要提高制造過程自動(dòng)化和智能運(yùn)輸?shù)男省Ｖ悄芸煽康膫鞲衅鲗?gòu)建一個(gè)安全網(wǎng)，使機(jī)器能夠快速準(zhǔn)確檢測到物體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間更安全的交互。

配備傳感器的自動(dòng)導(dǎo)航車 (AGV) 和自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 可以檢測到障礙物（包括人類），并沿著計(jì)劃的路線從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)。TI 的低功耗毫米波傳感器可延長 AGV 和 AMR 的工作時(shí)間，同時(shí)其較低的成本可以促進(jìn)該技術(shù)的普及。

在住宅環(huán)境中，機(jī)器人割草機(jī)和吸塵器中搭載的 IWRL6432 傳感器可以檢測到其他傳感技術(shù)無法檢測到的較小障礙物。較低的功耗可實(shí)現(xiàn)更長的工作時(shí)間，降低電池充電需求。

圖2 工廠自動(dòng)化中的傳感用例（割草機(jī)、物流機(jī)器人、吸塵器）

用于個(gè)人電子產(chǎn)品的低功耗雷達(dá)傳感

通過集成小型 60GHz 雷達(dá)傳感器，筆記本電腦現(xiàn)在可以感知旁觀者的存在。電視機(jī)可以檢測人的存在并自動(dòng)開機(jī)，還可以檢測手勢并提供個(gè)性化的用戶體驗(yàn)。健身設(shè)備和智能手表可以估算心率和呼吸頻率，提供健康相關(guān)信息，使人們采用更健康的生活方式。

圖3 個(gè)人電子產(chǎn)品中的傳感用例（筆記本電腦、電視和家庭影院系統(tǒng)、條形音箱）

用于汽車車內(nèi)應(yīng)用的低功耗雷達(dá)傳感

越來越多的汽車制造商正在將傳感器引入車輛中用于車內(nèi)存在檢測和監(jiān)控，部分原因是歐盟新車安全評鑒協(xié)會(huì) (Euro NCAP) 等組織提出了相關(guān)安全法規(guī)。從 2025 年開始，Euro NCAP 將對能夠在車輛停車后感知和提醒有兒童留在車內(nèi)的車輛給予更高評分。

低功耗 60GHz 毫米波雷達(dá)傳感器可以幫助汽車原始設(shè)備制造商（OEM）滿足 Euro NCAP 等法規(guī)要求，同時(shí)可以通過擴(kuò)展單個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)多功能來優(yōu)化傳感器系統(tǒng)的總成本，如圖 4 所示。

高性能 60GHz 雷達(dá)傳感器因其檢測靈敏度和運(yùn)動(dòng)分類能力，在車內(nèi)應(yīng)用中具有良好表現(xiàn)。但它們需要滿足超低功耗要求，才能取代當(dāng)今通常用于入侵檢測的超聲波傳感器。

圖4 使用 60GHz 雷達(dá)傳感器進(jìn)行持續(xù)車內(nèi)監(jiān)控的示意圖

低功耗 60GHz 雷達(dá)傳感器將在以前功耗預(yù)算緊張使得傳感使用受限的市場中支持新的傳感應(yīng)用。隨著這個(gè)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，設(shè)計(jì)工程師可以開發(fā)體積更小、功能更強(qiáng)大的應(yīng)用，使我們的世界、我們的家庭和建筑更加智能。