各類安全系統(tǒng)、自動門、智能照明以及智能建筑等很多功能都需要可靠的運動感知傳感器。雖然被動式紅外（PIR）傳感器有很多缺點，但目前仍在廣泛使用中。據(jù)麥姆斯咨詢報道，英飛凌（Infineon）開發(fā)出一款極具吸引力且經(jīng)濟高效的替代產(chǎn)品——單芯片雷達感知解決方案，它可以使運動感知變得更加智能，讓每個人都可以輕松應(yīng)用雷達技術(shù)。
傳統(tǒng)的被動式紅外傳感器可以檢測人、動物或物體的中紅外波段紅外輻射。然而，隨著溫度的升高，它們的可靠性會急劇下降。因此，這類紅外傳感器不建議安裝在熱源附近或在高溫環(huán)境下使用。對于高要求的應(yīng)用環(huán)境，雷達傳感器是一種更好的解決方案，它們受溫度的影響更小。
雷達傳感器的另一個優(yōu)點是卓越的靈敏度。被動式紅外傳感器主要檢測沿切線方向的大幅運動，最小速度約為1 m/s。因此，被動式紅外傳感器對靜態(tài)和徑向運動無能為力。相比之下，雷達傳感器可以探測人體最輕微的運動，例如打字、說話，甚至是呼吸。此外，根據(jù)雷達芯片的配置，還可以獲得目標(biāo)的運動方向、速度甚至準(zhǔn)確的位置。
除此之外，雷達傳感還不存在隱私問題，因為它不會像飛行時間傳感器或攝像頭傳感器那樣生成環(huán)境的光學(xué)圖像。
憑借其獨特的功能和優(yōu)勢，雷達在國防、安全、航空航天以及氣象監(jiān)測或交通管制等領(lǐng)域已經(jīng)有數(shù)十年的應(yīng)用歷史。在工業(yè)領(lǐng)域，雷達此前一直僅用于水平/地面探測、海事導(dǎo)航和自動門運動傳感器等。不過，過去幾年來，雷達技術(shù)取得了顯著的擴展，正在為工廠自動化、自主導(dǎo)航、協(xié)作機器人以及工業(yè)檢測無人機等應(yīng)用創(chuàng)造機遇。根據(jù)市場研究機構(gòu)Yole預(yù)測，工業(yè)雷達應(yīng)用市場規(guī)模未來五年預(yù)計將超過1000萬顆，其中基本的運動/存在檢測將是主要的用例。
工業(yè)雷達市場預(yù)測
當(dāng)然，雷達技術(shù)在射頻、天線設(shè)計以及信號處理方面仍然需要相當(dāng)高水平的專業(yè)積累。過去十年來，英飛凌在這些領(lǐng)域都積累了高技術(shù)水平的知識訣竅（know-how）。作為雷達芯片領(lǐng)域的市場領(lǐng)導(dǎo)者，英飛凌開發(fā)出了一款集所有優(yōu)勢于一身的全集成微波運動傳感器：BGT60LTR11AIP，打造了迄今為止最友好的雷達解決方案。
首款完全自主且易于使用的運動傳感器
BGT60LTR11AIP是英飛凌集成度最高、尺寸最小的60 GHz雷達傳感器，其尺寸僅為3.3 x 6.7 x 0.56 mm3，并且通過非導(dǎo)電材料工作，因此可以很容易地集成到最終產(chǎn)品中，從而將雷達技術(shù)無縫集成進入我們的日常生活。
BGT60LTR11AIP是一款完全集成的微波運動傳感器，內(nèi)置運動和方向探測器以及封裝天線（antennas-in-package, AIP），狀態(tài)機可以在沒有外部微控制器的情況下運行設(shè)備。兩個集成的探測器可以提供兩個數(shù)字輸出信號，一個指示運動，另一個指示運動方向（接近或離開）。與傳統(tǒng)雷達原始信號需要處理不同，這款傳感器輸出的兩個信號可以直接使用。在這種自主模式下，傳感器能夠以80°的視場探測距離最大5 m的人員。通過應(yīng)用工作循環(huán)機制，其功耗可以保持在5 mW以下，在某些設(shè)置下甚至可以低于2 mW。
英飛凌推出的完全自主雷達傳感器BGT60LTR11AIP
與普通雷達傳感器相比，BGT60LTR11AIP專門針對智能建筑和智能家居應(yīng)用進行了優(yōu)化。這款傳感器可以輕松地為智慧照明系統(tǒng)、自動門或安全系統(tǒng)（包括入侵警報和攝像頭）等傳統(tǒng)的運動傳感應(yīng)用增加“智能”。
此外，這款傳感器還可以集成到筆記本電腦、平板電腦、電視、音箱和恒溫器等系統(tǒng)中，通過檢測運動或運動方向來“喚醒”它們。當(dāng)在規(guī)定的時間內(nèi)未檢測到任何動作時，它可以使設(shè)備進入睡眠狀態(tài)或自動鎖定，以節(jié)省能源、延長使用壽命、保護隱私并增強整體的用戶體驗。
BGT60LTR11AIP可以為許多智能家居設(shè)備增加智能運動檢測功能
用戶友好、低功耗
下圖展示了BGT60LTR11AIP單片微波集成電路（MMIC）的框圖。集成壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生高頻信號，信號通過鎖相環(huán)穩(wěn)定。發(fā)射器部分包括一個具有可配置輸出功率的中等功率放大器。它可以通過串行外設(shè)接口（SPI）進行控制，同時集成功率檢測器監(jiān)測發(fā)射功率。
BGT60LTR11AIP單片微波集成電路框圖
該芯片具有低噪聲正交接收器，其中接收器使用正交零差下變頻混頻器前的低噪聲放大器，以提供出色的接收器靈敏度。RC多相濾波器從內(nèi)部VCO信號導(dǎo)出，為正交混頻器生成正交本機振蕩器信號。
集成模擬基帶單元由一個用于低功耗工作循環(huán)運行的采樣保持電路、一個外部可配置的高通濾波器、一個可變增益放大器和一個低通濾波器組成。數(shù)字探測器根據(jù)雷達前方的目標(biāo)運動產(chǎn)生脈沖。為了獲得最大的靈活性和抗誤報的魯棒性，檢測器電路提供了用戶可配置的保持時間、命中計數(shù)器和檢測閾值。
在其兩層層壓封裝中，僅3.3 x 6.7 x 0.56 mm3的小尺寸MMIC包含了集成天線，消除了用戶端復(fù)雜的天線設(shè)計。這種MMIC的PCB設(shè)計不需要特殊的基材，因此客戶可以使用標(biāo)準(zhǔn)的FR4材料。
其支持電路包括一個低噪聲電壓調(diào)節(jié)器、一個用于參考時鐘的38.4 MHz晶體振蕩器源和一個外部電容器。傳感器的輸出由兩個LED顯示：當(dāng)檢測到目標(biāo)時，綠色LED亮起，當(dāng)目標(biāo)遠離傳感器時，紅色LED亮起，當(dāng)目標(biāo)向傳感器移動時，紅色LED熄滅。
自主模式和SPI模式之間輕松切換
其包含的四個QS（QS1~4）輸入引腳，即使傳感器在自主模式下運行，也可以提供靈活的性能參數(shù)。例如，用戶可以輕松地在QS2的多個閾值之間選擇，以增大或降低探測器的靈敏度，從而增加或減小探測范圍。下表顯示了QS參數(shù)設(shè)置：
經(jīng)驗豐富的雷達用戶可以通過QS1引腳改變工作模式來利用半自主和SPI模式。例如，在已經(jīng)存在微控制器的情況下，可以通過SPI精確地設(shè)置芯片參數(shù)，但是仍然可以通過集成檢測器來進行檢測。在完全非自主SPI模式下，該接口還可以用于提取雷達原始數(shù)據(jù)，進行信號處理或開發(fā)定制算法。
BGT60LTR11AIP MMIC帶支持電路的屏蔽層
總結(jié)
英飛凌開發(fā)的這款基于雷達的運動傳感器適用于各種運動感知應(yīng)用，如照明控制、自動開門、安全系統(tǒng)以及其它典型的智能家居設(shè)備。這款用戶友好的雷達解決方案，可以直接應(yīng)用于產(chǎn)品，以快速添加雷達功能，并根據(jù)運動/無運動檢測將其喚醒或休眠，為傳統(tǒng)應(yīng)用增加智能性。
集成的檢測器和狀態(tài)機除了半自主和SPI模式外，還支持數(shù)字輸出信號的自主模式運行。硬件預(yù)置引腳，即所謂的四態(tài)，使用戶即使在芯片完全自主模式下也能輕松設(shè)置雷達工作參數(shù)。它能探測5 m以內(nèi)的人體目標(biāo)，功耗低于5 mW，使BGT60LTR11AIP成為一款極具吸引力的智能、經(jīng)濟、高效的運動傳感器，在低功率或電池供電的應(yīng)用中，這款小型雷達解決方案有望替代傳統(tǒng)的PIR傳感器。
本文源自：EE Times，麥姆斯咨詢編譯
