77GHz雷達傳感器在汽車和工業(yè)中的應(yīng)用

在過去十年中，雷達傳感器已逐漸發(fā)展成一種成熟的傳感方式，適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用。由于雷達技術(shù)有助于實現(xiàn)需要具備遠距離、環(huán)境彈性和更高傳感分辨率的設(shè)計，因而非常適合應(yīng)用在高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 中，例如碰撞檢測和液位檢測。

隨著推出基于互補金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 的片上系統(tǒng) (SoC) 雷達傳感器，適用于泊車輔助、腳踢開啟 (KTO) 感應(yīng)、門障礙物檢測、機器人和電動自行車等應(yīng)用的雷達技術(shù)變得更易于開發(fā)和部署。

為了滿足成本和功率受限型汽車和工業(yè)應(yīng)用的需求，當(dāng)前的 77GHz 雷達 SoC 傳感器需要采用全新設(shè)計架構(gòu)。德州儀器 AWRL1432 和 IWRL1432 SoC 等器件具有電源管理功能，可快速切換不同的電源狀態(tài)，并在需要時能夠有效運行雷達前端、數(shù)字處理內(nèi)核或存儲器等內(nèi)部元件。該器件還可將平均功耗從高于 1W 的典型值降低至低于 5mW（具體取決于線性調(diào)頻脈沖配置），使硬件設(shè)計人員在熱性能設(shè)計方面具有更大的靈活性，并通過去除散熱器和簡化印刷電路板設(shè)計來降低成本。 

借助基于軟件的雷達實現(xiàn)更加靈活的新型安裝

汽車制造商對感應(yīng)方式的選擇通常取決于傳感器在車輛中的用途。舉例來說，當(dāng)車輛停靠并鎖車時，腳踢開啟 (KTO) 傳感器應(yīng)處于待機檢測模式。為了防止在停車時耗盡車輛電池，汽車制造商傳統(tǒng)上會選擇電容式或超聲波等低功耗感應(yīng)方式。不過遺憾的是，這些類型的傳感器在錯誤檢測、環(huán)境可靠性以及性能識別等方面面臨著一定挑戰(zhàn)。AWRL1432 等低功耗 77GHz 雷達的待機狀態(tài)檢測功耗低于 3mW，在任何環(huán)境條件下都能提高識別精度，并有助于簡化安裝，從而降低總體系統(tǒng)部署成本。

基于對低功耗或高性能的需求，可以將雷達傳感器配置為動態(tài)切換至不同的運行模式。以 KTO 感應(yīng)為例，器件可以在低于 3mW 待機狀態(tài)檢測模式下運行，然后在檢測到人員后切換至高性能模式，以便進行腳踢姿勢識別和錯誤檢測，如圖 1 所示。

圖 1：一個 AWRL1432 雷達傳感器即可在低功耗和高性能模式之間動態(tài)切換

在 ADAS 領(lǐng)域，傳統(tǒng)的泊車輔助系統(tǒng)使用 8 至 12 個超聲波傳感器外加攝像頭傳感器，而現(xiàn)在正發(fā)展成為更強大、更具成本效益的自動化系統(tǒng)。雖然每個超聲波傳感器都可以具有成本效益，但主要缺點體現(xiàn)在傳感器對汽車美觀性造成影響（由于必須打孔）、在惡劣環(huán)境中的性能欠佳以及距離檢測性能（最小和最大可測量距離）不佳。

現(xiàn)在，汽車設(shè)計人員可以利用具有泊車輔助功能的角雷達傳感器，以及具有成本效益的 TI AWRL1432 集成雷達 SoC，來覆蓋汽車周圍的視野，而不是添加更多的超聲波傳感器，如圖 2 所示。AWRL1432 超短距離雷達傳感器可以檢測到近至 3cm 和遠至 15m 的靜止物體，具體取決于天線配置。

圖 2：使用雷達傳感器實現(xiàn) 360 度泊車輔助覆蓋

如圖 3 所示，您可以在車輛保險杠中央使用相同的傳感器來進行泊車輔助和 KTO，并使用角傳感器來進行泊車輔助和盲點檢測。為了實現(xiàn)這種多模式功能，雷達傳感器不僅必須是軟件可配置的，還必須具有按需從高性能擴展到低功耗的架構(gòu)靈活性。

圖 3：多模式雷達傳感器在進行泊車輔助和 KTO 

借助低功耗雷達傳感器在惡劣的工業(yè)環(huán)境中游刃有余

超聲波傳感器廣泛用于非汽車應(yīng)用中的物體和人員接近感應(yīng)，例如停車場護欄內(nèi)的車輛出入控制或非公路車輛（如建筑叉車、農(nóng)業(yè)機械和電動自行車）防撞，如圖 4 所示。鑒于精度要求越來越高，77GHz 雷達傳感器將逐漸取代超聲波傳感器。IWRL1432 的成本較低，有助于使停車障礙傳感器更經(jīng)濟實惠，以更小巧的外形進行實施和部署。此類傳感器具備較高的射頻性能，也適用于電動自行車、踏板車和農(nóng)業(yè)設(shè)備的物體檢測和部署。這些設(shè)備需要檢測 1m 至 60m 以上距離的物體和人員。

圖 4：可應(yīng)對感應(yīng)挑戰(zhàn)的 77GHz 雷達傳感器在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用

如圖 5 所示，液箱液位傳感器通過發(fā)射經(jīng)液體或固體表面（如化學(xué)品、油或液體）反射的無線電波，來測量工業(yè)環(huán)境中的液體和固體料位。即使在蒸汽、泡沫和其他具有挑戰(zhàn)性的條件下也可進行測量。此類應(yīng)用的主要需求是較低功耗、高檢測精度和工人安全性。77GHz IWRL1432 傳感器內(nèi)置深度睡眠模式，可實現(xiàn)每次測量低于 10mJ 的功耗，符合安全完整性等級2標(biāo)準，并提供毫米級測量精度。

圖 5：安裝在工業(yè)液箱頂部的 77GHz 雷達傳感器，用于液位測量

結(jié)語 

適用于汽車或工業(yè)應(yīng)用的超聲波和電容式感應(yīng)傳感器本身具有一定設(shè)計挑戰(zhàn)。雷達感應(yīng)領(lǐng)域中的低成本、低功耗器件不僅有助于應(yīng)對這些設(shè)計挑戰(zhàn)，還可為車輛周圍或工業(yè)環(huán)境中的新興應(yīng)用敞開大門。