77GHz雷達傳感器在汽車(chē)和工業(yè)中的應用

在過(guò)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(chē)和工業(yè)應用。由于雷達技術(shù)有助于實(shí)現需要具備遠距離、環(huán)境彈性和更高傳感分辨率的設計，因而非常適合應用在高級駕駛輔助系統 (ADAS) 中，例如碰撞檢測和液位檢測。

隨著(zhù)推出基于互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 的片上系統 (SoC) 雷達傳感器，適用于泊車(chē)輔助、腳踢開(kāi)啟 (KTO) 感應、門(mén)障礙物檢測、機器人和電動(dòng)自行車(chē)等應用的雷達技術(shù)變得更易于開(kāi)發(fā)和部署。

為了滿(mǎn)足成本和功率受限型汽車(chē)和工業(yè)應用的需求，當前的 77GHz 雷達 SoC 傳感器需要采用全新設計架構。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(shí)能夠有效運行雷達前端、數字處理內核或存儲器等內部元件。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(xiàn)性調頻脈沖配置），使硬件設計人員在熱性能設計方面具有更大的靈活性，并通過(guò)去除散熱器和簡(jiǎn)化印刷電路板設計來(lái)降低成本。 

借助基于軟件的雷達實(shí)現更加靈活的新型安裝

汽車(chē)制造商對感應方式的選擇通常取決于傳感器在車(chē)輛中的用途。舉例來(lái)說(shuō)，當車(chē)輛?？坎㈡i車(chē)時(shí)，腳踢開(kāi)啟 (KTO) 傳感器應處于待機檢測模式。為了防止在停車(chē)時(shí)耗盡車(chē)輛電池，汽車(chē)制造商傳統上會(huì )選擇電容式或超聲波等低功耗感應方式。不過(guò)遺憾的是，這些類(lèi)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(zhù)一定挑戰。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(jiǎn)化安裝，從而降低總體系統部署成本。

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(dòng)態(tài)切換至不同的運行模式。以 KTO 感應為例，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(jìn)行腳踢姿勢識別和錯誤檢測，如圖 1 所示。

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

在 ADAS 領(lǐng)域，傳統的泊車(chē)輔助系統使用 8 至 12 個(gè)超聲波傳感器外加攝像頭傳感器，而現在正發(fā)展成為更強大、更具成本效益的自動(dòng)化系統。雖然每個(gè)超聲波傳感器都可以具有成本效益，但主要缺點(diǎn)體現在傳感器對汽車(chē)美觀(guān)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。

現在，汽車(chē)設計人員可以利用具有泊車(chē)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(lái)覆蓋汽車(chē)周?chē)囊曇?，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(xiàn)配置。

圖 2：使用雷達傳感器實(shí)現 360 度泊車(chē)輔助覆蓋

如圖 3 所示，您可以在車(chē)輛保險杠中央使用相同的傳感器來(lái)進(jìn)行泊車(chē)輔助和 KTO，并使用角傳感器來(lái)進(jìn)行泊車(chē)輔助和盲點(diǎn)檢測。為了實(shí)現這種多模式功能，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靈活性。

圖 3：多模式雷達傳感器在進(jìn)行泊車(chē)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(chē)應用中的物體和人員接近感應，例如停車(chē)場(chǎng)護欄內的車(chē)輛出入控制或非公路車(chē)輛（如建筑叉車(chē)、農業(yè)機械和電動(dòng)自行車(chē)）防撞，如圖 4 所示。鑒于精度要求越來(lái)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(chē)障礙傳感器更經(jīng)濟實(shí)惠，以更小巧的外形進(jìn)行實(shí)施和部署。此類(lèi)傳感器具備較高的射頻性能，也適用于電動(dòng)自行車(chē)、踏板車(chē)和農業(yè)設備的物體檢測和部署。這些設備需要檢測 1m 至 60m 以上距離的物體和人員。

圖 4：可應對感應挑戰的 77GHz 雷達傳感器在惡劣環(huán)境中的應用

如圖 5 所示，液箱液位傳感器通過(guò)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(wú)線(xiàn)電波，來(lái)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性的條件下也可進(jìn)行測量。此類(lèi)應用的主要需求是較低功耗、高檢測精度和工人安全性。77GHz IWRL1432 傳感器內置深度睡眠模式，可實(shí)現每次測量低于 10mJ 的功耗，符合安全完整性等級2標準，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

結語(yǔ) 

適用于汽車(chē)或工業(yè)應用的超聲波和電容式感應傳感器本身具有一定設計挑戰。雷達感應領(lǐng)域中的低成本、低功耗器件不僅有助于應對這些設計挑戰，還可為車(chē)輛周?chē)蚬I(yè)環(huán)境中的新興應用敞開(kāi)大門(mén)。