利用封裝天線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)化60GHz汽車(chē)車(chē)內雷達傳感器設計

毫米波雷達為汽車(chē)和工業(yè)應用提供了一種主要的感應方式，即使在惡劣的環(huán)境條件下，它也能夠遠距離、以出色的角度和速度精度檢測距離為幾厘米至幾百米的物體。

典型的雷達傳感器包含一個(gè)雷達芯片組以及其他電子元件，例如電源管理電路、閃存和接口外設，所有這些都裝配在一個(gè)印刷電路板(PCB)上。發(fā)送天線(xiàn)和接收天線(xiàn)通常也在PCB上實(shí)現，但要提高天線(xiàn)性能，則需要使用高頻基板材料（例如Rogers RO3003），而這會(huì )增加PCB的成本和復雜性。此外，天線(xiàn)可能會(huì )占用多達30%的布板空間（圖1）。

圖1 PCB上的雷達傳感器天線(xiàn)占用約30%的布板空間

封裝天線(xiàn)技術(shù)

可以設計天線(xiàn)元件直接集成到封裝基板中的毫米波傳感器，從而減小傳感器的尺寸并降低傳感器設計的復雜性。圖2展示了一種背腔式E形貼片天線(xiàn)元件，該元件將60GHz或77GHz的毫米波輻射到自由空間中。通過(guò)在器件的封裝中布置多個(gè)上述天線(xiàn)元件，可以創(chuàng )建一個(gè)多輸入多輸出(MIMO)陣列，該陣列能夠感應三維空間中的物體和人。

圖2 背腔式E形貼片天線(xiàn)元件

圖3顯示了AWR6843AOP器件上三個(gè)發(fā)射器天線(xiàn)元件和四個(gè)接收器天線(xiàn)元件的布置情況。該天線(xiàn)可以在方位角和仰角方向上實(shí)現寬視野。

圖3 具有封裝天線(xiàn)元件的AWR6843AOP器件形成MIMO陣列

下表顯示了天線(xiàn)陣列的主要規格。

表1 天線(xiàn)元件性能數據

封裝天線(xiàn)技術(shù)可以為開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)以下優(yōu)勢：

●   較小的尺寸，可實(shí)現超小型傳感器設計。采用TI封裝天線(xiàn)技術(shù)的雷達傳感器比在PCB上裝配天線(xiàn)的傳感器尺寸小約30%。

●   由于PCB層疊不需要昂貴的高頻基板材料（例如Rogers RO3003），因此可以降低物料清單成本。

●   由于不再需要天線(xiàn)工程師設計天線(xiàn)、通過(guò)工具仿真性能和設計實(shí)際電路板來(lái)表征不同參數的性能，因此可以降低設計成本。

●   由于從硅片到天線(xiàn)的布線(xiàn)更短，因此可以提高效率和降低功率損耗。

對于MIMO系統而言，在小型且經(jīng)濟高效的封裝解決方案中實(shí)現高性能天線(xiàn)非常具有挑戰性?，F有的解決方案是在塑封的頂部或底部布置天線(xiàn)元件；輻射信號穿過(guò)這種塑封材料時(shí)會(huì )產(chǎn)生損耗，從而降低效率并觸發(fā)產(chǎn)生雜散輻射的基板模式。另一方面，利用倒裝芯片封裝技術(shù)，可以將天線(xiàn)放置在無(wú)塑封的基板上。此外，天線(xiàn)和硅片可以在多層基板上重疊，從而使解決方案更加緊湊。

封裝天線(xiàn)技術(shù)如何幫助實(shí)現車(chē)內感應

隨著(zhù)歐洲新車(chē)安全評鑒協(xié)會(huì )等全球監管機構致力于解決兒童因遺留在車(chē)內而中暑身亡的問(wèn)題，汽車(chē)制造商和一級制造商開(kāi)始使用60GHz毫米波傳感器，用于準確檢測車(chē)內、甚至處于惡劣環(huán)境條件下的兒童和寵物。

鑒于車(chē)輛的內部設計迥異，為了實(shí)現無(wú)縫集成，傳感器的外形尺寸必須非常小。例如，可能很難將傳感器集成到具有全景天窗的車(chē)頂中；相反，必須將其集成在空間受限的位置，例如后視鏡周?chē)捻敳靠刂婆_或柱子上。

圖4 傳感器中PCB板載天線(xiàn)與封裝天線(xiàn)的對比

傳感器上的單貼片寬視野天線(xiàn)非常適于放置在車(chē)輛的頂篷內襯下方，甚至是柱的正面位置。該天線(xiàn)支持各種車(chē)內感應用例，例如對車(chē)內兩排座椅（包括擱腳空間）之間的兒童、寵物或乘客進(jìn)行檢測和定位。該傳感器以低功耗模式運行，還可以在惡劣的環(huán)境條件下進(jìn)行入侵檢測。

開(kāi)發(fā)人員還能夠從集成式數字信號處理器(DSP)、微控制器單元(MCU)、雷達硬件加速器和片上存儲器中受益。通過(guò)將射頻、數字和天線(xiàn)元件集成在單個(gè)芯片上，可以顯著(zhù)降低設計復雜性，有助于更快、更簡(jiǎn)單地進(jìn)行設計。

使用60GHz封裝天線(xiàn)毫米波傳感器的車(chē)內兒童和乘員檢測參考設計可提供對車(chē)內任何座椅位置兒童和成人的檢測結果。該傳感器放置于車(chē)頂位置。下方的圖5、6和7展示了相關(guān)結果。觀(guān)看視頻了解更多詳情。

圖5 檢測汽車(chē)后排座椅上的兒童（使用洋娃娃模擬正在呼吸的嬰兒）

圖6 檢測并定位四個(gè)乘員：駕駛員、乘客以及位于后排座椅上的一名成人和一名兒童

圖7 檢測車(chē)輛附近的入侵者

封裝天線(xiàn)技術(shù)可幫助雷達傳感器設計人員創(chuàng )建和設計外形尺寸超小的傳感器，不僅減少了工作量、縮短了上市時(shí)間，同時(shí)還實(shí)現了系統級成本優(yōu)勢。通過(guò)實(shí)現車(chē)內兒童檢測、安全帶提醒裝置、駕駛員生命體征檢測和手勢控制等多種應用，TI的60GHz AWR6843AOP傳感器可簡(jiǎn)化車(chē)內感應。