Product of the Year: радарные сенсоры mmWawe
06.01.2018121

В списке 12 лучших продуктов, вышедших на рынок в 2017 году, по мнению редакторов авторитетного издания Electronic Products Magazine самое место и радарным сенсорам, разработанным компанией Texas Instruments.

mmwavw-sensors-product-of-the-year-1

Компания Texas Instruments много и упорно работает в сегменте создания сенсоров для обнаружения объектов и препятствий. Особенно актуальны подобные решения в автомобильной индустрии (системы автоматической парковки, защиты от столкновения с пешеходами и комплексы управления дорожным движением), а также в промышленности (одометрия, системы управления дронами, робототехника).

Компания предложила свое решение для создания современных радарных систем ближнего действия в виде серии сенсоров mmWawe, которые объединяют в одном корпусе датчики приближения и мощное процессорное ядро ARM Cortex R4F с рабочей частотой до 200 МГц. Датчики работают в миллиметровом диапазоне радиоволн, на что прозрачно намекает само их название.

mmwavw-sensors-product-of-the-year-2

В отличие от традиционных радарных систем, в которых используют импульсную передачу сигнала, в mmWave применяется частотно-модулированный непрерывный сигнал. Частота сигнала линейно меняется во времени от 77 ГГц до 81 ГГц и обратно. Как и в обычном радиолокаторе, в mmWave прямая радиоволна достигает объекта, отражается и возвращается обратно к датчику, где фиксируется приемником. После этого исходная и отраженная волны микшируются в преобразователе частоты. Результирующий выходной сигнал в момент перекрытия исходных сигналов имеет постоянную частоту и фазу, равную разности фаз исходных сигналов. Используя несложные преобразования, по полученным данным можно определить расстояние до объекта.

mmwavw-sensors-product-of-the-year-4

Технология mmWave позволяет обнаруживать несколько объектов одновременно. При этом в спектре выходного сигнала будут присутствовать несколько тоновых частот. Каждая составляющая спектра может быть выделена с помощью преобразования Фурье.

С помощью mmWave удается также определять частоту вращения различных объектов. Для этого требуется пара передатчиков. Каждый передатчик формирует свой сигнал со смещением друг относительно друга. Детектирование отраженных сигналов производится одним приемником. В результате будет наблюдаться периодическое смещение фазы выходного сигнала, по которому можно судить о движении объекта.

mmwavw-sensors-product-of-the-year-3

При наличии пары приемников можно определять не только расстояние до объекта, но и его угловое положение. В данном случае для расчетов используются полученные значения расстояний до каждого из приемников и элементарные геометрические соотношения.

mmwavw-sensors-product-of-the-year-5Реализация технологии mmWave осложняется целым рядом вполне объективных причин:

  • необходимость создания сложной системы, которая объединяет: передатчики, приемники, синтезатор частот, ВЧ-аналоговые цепи модуляции и демодуляции, ЦАП, АЦП, процессор;
  • необходимость использования дискретных компонентов, что негативно сказывалось на стоимости;
  • значительные габариты системы, что не позволяло создавать компактные мобильные устройства.

Компания Texas Instruments смогла решить перечисленные проблемы и начала в 2017 году выпускать две линейки интегральных датчиков приближения mmWave, выполненных по технологическому процессу 45-нм RF CMOS: AWR для автомобильных приложений и IWR для промышленных систем. Промышленные сенсоры работают при температурах -40…+105°C. Для автомобильных датчиков диапазон шире и составляет -40…+125°C.

Датчики mmWave снимают проблему интеграции, так как представляют собой законченные системы, объединяющие в одном корпусе наиболее сложные функциональные блоки:

  • процессорное ядро ARM Cortex R4F с рабочей частотой до 200 МГц;
  • память до 1,5 Мбайт;
  • датчик приближения: три передатчика, четыре приемника, синтезатор частоты;
  • коммуникационные интерфейсы (CAN, CANFD, CSI, SPI, I2C);
  • дополнительный ускоритель для радиолокационных приложений (IWR1443 и AWR1443);
  • дополнительный цифровой сигнальный процессор C67x с рабочей частотой до 600 МГц (IWR1642 и IWR1642).

mmwavw-sensors-product-of-the-year-6

Сейчас номенклатура датчиков mmWave от Texas Instruments включает пять представителей:

  • AWR1443 – автомобильный датчик приближения с микропроцессорным ядром ARM Cortex R4F и аппаратным ускорителем для радиолокационных приложений. Этот сенсор отличается наличием четырех приемников и трех передатчиков.
  • AWR1642 – автомобильный датчик приближения с микропроцессорным ядром ARM Cortex R4F и цифровым сигнальным процессором C67x. AWR1642 имеет в своем составе четыре приемника и пару передатчиков.
  • AWR1243 – автомобильный датчик приближения (без процессорного ядра) с четырьмя приемниками и тремя передатчиками.
  • IWR1443 – промышленный датчик приближения с микропроцессорным ядром ARM Cortex R4F и аппаратным ускорителем для радиолокационных приложений. В состав микросхемы входят четыре приемника и три передатчика.
  • IWR1642 – промышленный датчик приближения с микропроцессорным ядром ARM Cortex R4F и цифровым сигнальным процессором C67x. IWR1642 отличается наличием четырех приемников и двух передатчиков.

mmwavw-sensors-product-of-the-year-7

Датчики mmWave позволяют создавать весьма компактные решения. Все представленные микросхемы выполнены в 161-выводном BGA-корпусе, который занимает на печатной плате всего 108 мм2 (10,4 x 10,4 мм).

Сенсоры требуют некоторых внешних компонентов, в частности антенн. Диапазон частот исходного сигнала в датчиках mmWave составляет 76–81 ГГц, что соответствует длине волны 4 мм. Это дает сразу два преимущества. Во-первых, геометрические размеры антенн оказываются весьма скромными. Во-вторых, удается получать точность измерений вплоть до десятых долей миллиметра.

В качестве относительного недостатка представленных датчиков стоит отметить высокую сложность используемой системы питания, которая требует четырех источников напряжения:

  • 1,8 В с током до 850 мА для синтезатора частоты, APLL VCO, кварцевых резонаторов, усилителей IF-сигнала, АЦП, LVDS;
  • 1,3 В с током до 2 000 мА для мощных усилителей, малошумящих усилителей, микшера преобразователя частоты;
  • 3,3/1,8 В с током до 50 мА для цифровых входов-выходов;
  • 1,2 В с током до 1000 мА для ядро и ОЗУ.

Кроме непосредственно микросхем датчиков, Texas Instruments предлагает и несколько отладочных наборов.


vd-mais-professional-distributorЗа консультациями по поставкам электронных компонентов различного назначения обращайтесь в отдел электронных компонентов научно-производственной фирмы VD MAIS — профессионального поставщика инновационных решений для высокотехнологичных отраслей промышленности Украины.