60GHz毫米波雷達(dá)如何為電視和顯示器提供先進(jìn)的檢測功能

試想一下這個(gè)場景：每次電視開著卻沒有人觀看。鑒于能源成本的不斷上漲，如果電視能夠在檢測到無人觀看后自行關(guān)閉，將會(huì)大有裨益。如果電視能夠檢測觀看者座位的距離和方向，并利用這些信息來優(yōu)化圖像質(zhì)量，同時(shí)還能把發(fā)出的聲音對準(zhǔn)觀看者來提供出色的音頻，這將大大增強(qiáng)觀看者的體驗(yàn)。同理，如果顯示器能檢測到有人靠近并啟動(dòng)登錄，這將會(huì)提供更快捷的服務(wù)。如果電視在播放特定節(jié)目時(shí)能檢測室內(nèi)人數(shù)，這將會(huì)為服務(wù)和內(nèi)容的供應(yīng)商提供更好的數(shù)據(jù)。如果顯示器能了解用戶何時(shí)離開工作區(qū)并立即自行注銷，這將會(huì)加強(qiáng)安全流程。

60GHz 雷達(dá)傳感器使上述這些功能得以實(shí)現(xiàn)。60GHz 雷達(dá)傳感器具有更短的波長和更多數(shù)量的發(fā)射和接收天線，可以準(zhǔn)確檢測室內(nèi)人員（四人或更多人數(shù)）的存在、運(yùn)動(dòng)和位置。毫米波雷達(dá)可提供多種功能，例如監(jiān)控多個(gè)區(qū)域以確定每個(gè)區(qū)域是否有人員存在并跟蹤人員的移動(dòng)。

現(xiàn)在，器件設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)的進(jìn)步使雷達(dá)能夠與片上硬件加速器、信號處理器和存儲(chǔ)器集成，而不僅僅是提供射頻前端。這種類型的架構(gòu)有多種好處：總體而言，它簡化了雷達(dá)在電視中的布置。此外，片上信號處理器使雷達(dá)能夠在不使用外部處理器的情況下檢測運(yùn)動(dòng)（從而節(jié)省信號路由并降低其他系統(tǒng)的資源要求），片上信號處理還有助于縮短與喚醒主處理器相關(guān)的延時(shí)。

使用雷達(dá)數(shù)據(jù)還可以實(shí)時(shí)提取信息，并交給機(jī)器學(xué)習(xí)算法處理，然后開發(fā)諸如運(yùn)動(dòng)分類等功能。將吸塵器、風(fēng)扇和寵物等物體的運(yùn)動(dòng)與人類的運(yùn)動(dòng)區(qū)分開將有助于做出智能判定，并可能幫助減少錯(cuò)誤檢測的數(shù)量，從而減少對其他功能不必要的喚醒和處理。

通過精確測量距離、速度和到達(dá)角，60GHz 雷達(dá)傳感器能夠提供一些高級功能，例如非接觸式人機(jī)界面 (HMI) 的手勢識(shí)別。雷達(dá)可以識(shí)別多種手勢，例如從右向左滑動(dòng)（或相反），用于打開電視、更換頻道以及提高或降低音量（圖 1）。

圖1 使用手勢切換電視頻道

憑借更短的信號波長和精密測量，60GHz 雷達(dá)可以檢測呼吸等細(xì)微的身體運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)呼吸頻率的非接觸式測量，甚至實(shí)現(xiàn)睡眠監(jiān)測等高級功能（圖 2）。

圖2 使用雷達(dá)測量呼吸頻率

為了盡可能增大可視區(qū)域和屏幕尺寸（這一直是個(gè)挑戰(zhàn)），新的電視和顯示器設(shè)計(jì)正在將邊框?qū)挾认虺〕叽绨l(fā)展。德州儀器 (TI) 的 IWRL6432 等 60GHz 雷達(dá)正在通過更小的器件尺寸、更低的成本以及在小區(qū)域內(nèi)放置多個(gè)接收和發(fā)射天線來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，從而提供預(yù)期功能所需的增強(qiáng)性能和分辨率。由于波長較長會(huì)限制天線數(shù)量，超寬帶和 24GHz 器件等其他技術(shù)無法支持這種性能水平。

毫米波雷達(dá)通常采用在封裝上蝕刻天線的封裝技術(shù)（也稱為封裝天線），從而簡化了電路板設(shè)計(jì)。然而，由于設(shè)計(jì)是固定的，天線放置的靈活性會(huì)受到限制。為了解決與不同設(shè)計(jì)要求相關(guān)的挑戰(zhàn)，IWRL6432 雷達(dá)傳感器采用小型封裝（可在低成本印刷電路板上蝕刻天線，見圖 3），從而使您能夠靈活地定制設(shè)計(jì)。

圖3 IWRL6432的天線參考設(shè)計(jì)示例

大多數(shù)應(yīng)用要求毫米波雷達(dá)始終保持開啟狀態(tài)以監(jiān)控和檢測動(dòng)作，同時(shí)讓產(chǎn)品的其余部分進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省電量。TI 設(shè)計(jì)的 IWRL6432 雷達(dá)傳感器具有超低功耗，能夠以低至 2mW 的功耗檢測是否有人員存在。您還可以根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用配置器件以盡可能降低功耗。例如，當(dāng)您需要實(shí)現(xiàn)更高的電源效率時(shí)，可以將器件置于深度睡眠模式以實(shí)現(xiàn)低占空比應(yīng)用。請參閱圖 4，了解高度集成的雷達(dá)設(shè)計(jì)示例。

圖4 IWRL6432的方框圖

結(jié)語

技術(shù)進(jìn)步使得在電視和臺(tái)式顯示器等消費(fèi)和個(gè)人電子產(chǎn)品中應(yīng)用 60GHz 雷達(dá)傳感器成為可能。IWRL6432 等雷達(dá)傳感器可在這些產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)智能檢測，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)功能，包括：

●   用于智能決策的情景式存在和運(yùn)動(dòng)檢測。

●   用于 HMI 的手勢識(shí)別。

●   呼吸和睡眠的生命體征監(jiān)測。

●   超低功耗監(jiān)控存在和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在未使用時(shí)關(guān)閉其他產(chǎn)品功能。

●   低器件和物料清單成本、緊湊的解決方案尺寸和可配置的天線設(shè)計(jì)。