Quando si riesce a confezionare un sistema radar in un chip da 10 × 10 mm, si ottiene un nuovo tipo di sensore considerato impensabile anni fa. Oggi sta diventando pratica comune utilizzare un chip radar per alcune particolari applicazioni di rilevamento.
I mercati industriali e automobilistici hanno un enorme bisogno di capacità di rilevamento innovative per aiutare veicoli, fabbriche, edifici e città a percepire meglio il mondo che li circonda e a prendere decisioni più intelligenti. Le implementazioni dei sensori radar a onde millimetriche (mmWave) sono in aumento e in espansione. Alcuni nuovi esempi includono il monitoraggio degli anziani, il monitoraggio automobilistico in cabina e la sicurezza nella robotica. Questo articolo esaminerà in che modo i radar a 60 GHz di Texas Instruments stanno espandendo i mercati dei sensori industriali e automobilistici.
Sensori radar diversi dal comune
Temperatura, pressione, flusso e luce sono le caratteristiche fisiche più misurate o monitorate. Presenza, portata o distanza, movimento e velocità e angolo di direzione tendono ad essere difficili da monitorare. Spesso tali misurazioni devono essere eseguite di notte, in caso di maltempo o in condizioni ambientali compromesse. È qui che entra in gioco un sensore radar.
Un sensore radar completo è costituito dal chip radar più un’antenna e una fonte di alimentazione. L’IWR6843 di Texas Instruments, un sensore radar mmWave da 60 GHz, che opera nella banda da 60 a 64 GHz con FMCW (onda continua modulata in frequenza), è proprio un chip di questo tipo (Fig. 1). È composto da tre trasmettitori radar, quattro ricevitori radar e tutti gli ADC, DAC e sintetizzatori richiesti.
Diagramma a blocchi del radar IWR6443
L’altro aspetto principale dell’IWR6843 di Texas Instrument è la sua potenza di elaborazione, che è composta da un MCU Arm Cortex-R4F da 200 MHz e da una sezione DSP (digital signal processor) composta da un DSP TIC674x per eseguire la FFT (trasformata veloce di Fourier) e altre elaborazioni avanzate, entrambe con un mix di memoria e interfacce I / O standard. Il chip è confezionato in un BGA da 10,4 × 10,4 mm.
I trasmettitori emettono un segnale FMCW chiamato chirp. Si tratta di un’onda sinusoidale mmWave che aumenta in frequenza da 60 a 64 GHz in un periodo di 40 µs (Fig. 2). I segnali vengono riflessi dal bersaglio e i ricevitori li rilevano e li catturano. Quindi questi segnali vengono elaborati in vari modi (FFT, ecc.) per produrre misurazioni di portata, velocità e angolo.
Cosa può fare un sensore radar che altri sensori non possono fare
I sensori tradizionali e più semplici rilevano e misurano solo i cambiamenti in alcune caratteristiche fisiche come la temperatura. Ma un sensore radar può determinare la distanza da un oggetto (portata), la velocità di un oggetto e l’angolo in cui si trova rispetto ad un riferimento. Può “vedere” attraverso i muri, soprattutto in legno e lastre di roccia. Questo tipo di sensore è anche in grado di rilevare una parete di vetro, una finestra, una porta o un divisorio.
La risoluzione della gamma a 60 GHz è 3,75 cm. Con questo tipo di risoluzione, questi sensori possono rilevare, identificare e separare oggetti ravvicinati. Le applicazioni consentono a questi sensori di rilevare e contare i segnali individuali da oggetti in una fabbrica o persone all’interno di una stanza o veicolo. La risoluzione della gamma è principalmente una funzione della larghezza di banda del segnale: maggiore è la larghezza di banda, migliore è la risoluzione. E come parte di questa capacità, non dimentichiamo che il rilevamento del movimento è una funzione utile.
Inoltre, i sensori radar possono misurare la velocità. Grazie all’effetto Doppler sui segnali a frequenza variabile, è possibile calcolare la velocità dell’oggetto rilevato. La risoluzione della velocità è quasi una funzione diretta della frequenza centrale del segnale. Anche in questo caso, maggiore è la frequenza di trasmissione, maggiore è la risoluzione.
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