英飞凌60GHz雷达实现智能运动感知，替代被动式红外传感器
2021-02-24 21:22:43   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

各类安全系统、自动门、智能照明以及智能建筑等很多功能都需要可靠的运动感知传感器。虽然被动式红外（PIR）传感器有很多缺点，但目前仍在广泛使用中。据麦姆斯咨询报道，英飞凌（Infineon）开发出一款极具吸引力且经济高效的替代产品——单芯片雷达感知解决方案，它可以使运动感知变得更加智能，让每个人都可以轻松应用雷达技术。

传统的被动式红外传感器可以检测人、动物或物体的中红外波段红外辐射。然而，随着温度的升高，它们的可靠性会急剧下降。因此，这类红外传感器不建议安装在热源附近或在高温环境下使用。对于高要求的应用环境，雷达传感器是一种更好的解决方案，它们受温度的影响更小。

雷达传感器的另一个优点是卓越的灵敏度。被动式红外传感器主要检测沿切线方向的大幅运动，最小速度约为1 m/s。因此，被动式红外传感器对静态和径向运动无能为力。相比之下，雷达传感器可以探测人体最轻微的运动，例如打字、说话，甚至是呼吸。此外，根据雷达芯片的配置，还可以获得目标的运动方向、速度甚至准确的位置。

除此之外，雷达传感还不存在隐私问题，因为它不会像飞行时间传感器或摄像头传感器那样生成环境的光学图像。

凭借其独特的功能和优势，雷达在国防、安全、航空航天以及气象监测或交通管制等领域已经有数十年的应用历史。在工业领域，雷达此前一直仅用于水平/地面探测、海事导航和自动门运动传感器等。不过，过去几年来，雷达技术取得了显著的扩展，正在为工厂自动化、自主导航、协作机器人以及工业检测无人机等应用创造机遇。根据市场研究机构Yole预测，工业雷达应用市场规模未来五年预计将超过1000万颗，其中基本的运动/存在检测将是主要的用例。

工业雷达市场预测

当然，雷达技术在射频、天线设计以及信号处理方面仍然需要相当高水平的专业积累。过去十年来，英飞凌在这些领域都积累了高技术水平的知识诀窍（know-how）。作为雷达芯片领域的市场领导者，英飞凌开发出了一款集所有优势于一身的全集成微波运动传感器：BGT60LTR11AIP，打造了迄今为止最友好的雷达解决方案。

首款完全自主且易于使用的运动传感器

BGT60LTR11AIP是英飞凌集成度最高、尺寸最小的60 GHz雷达传感器，其尺寸仅为3.3 x 6.7 x 0.56 mm³，并且通过非导电材料工作，因此可以很容易地集成到最终产品中，从而将雷达技术无缝集成进入我们的日常生活。

BGT60LTR11AIP是一款完全集成的微波运动传感器，内置运动和方向探测器以及封装天线（antennas-in-package, AIP），状态机可以在没有外部微控制器的情况下运行设备。两个集成的探测器可以提供两个数字输出信号，一个指示运动，另一个指示运动方向（接近或离开）。与传统雷达原始信号需要处理不同，这款传感器输出的两个信号可以直接使用。在这种自主模式下，传感器能够以80°的视场探测距离最大5 m的人员。通过应用工作循环机制，其功耗可以保持在5 mW以下，在某些设置下甚至可以低于2 mW。

英飞凌推出的完全自主雷达传感器BGT60LTR11AIP

与普通雷达传感器相比，BGT60LTR11AIP专门针对智能建筑和智能家居应用进行了优化。这款传感器可以轻松地为智慧照明系统、自动门或安全系统（包括入侵警报和摄像头）等传统的运动传感应用增加“智能”。

此外，这款传感器还可以集成到笔记本电脑、平板电脑、电视、音箱和恒温器等系统中，通过检测运动或运动方向来“唤醒”它们。当在规定的时间内未检测到任何动作时，它可以使设备进入睡眠状态或自动锁定，以节省能源、延长使用寿命、保护隐私并增强整体的用户体验。

BGT60LTR11AIP可以为许多智能家居设备增加智能运动检测功能

用户友好、低功耗

下图展示了BGT60LTR11AIP单片微波集成电路（MMIC）的框图。集成压控振荡器（VCO）产生高频信号，信号通过锁相环稳定。发射器部分包括一个具有可配置输出功率的中等功率放大器。它可以通过串行外设接口（SPI）进行控制，同时集成功率检测器监测发射功率。

BGT60LTR11AIP单片微波集成电路框图

该芯片具有低噪声正交接收器，其中接收器使用正交零差下变频混频器前的低噪声放大器，以提供出色的接收器灵敏度。RC多相滤波器从内部VCO信号导出，为正交混频器生成正交本机振荡器信号。

集成模拟基带单元由一个用于低功耗工作循环运行的采样保持电路、一个外部可配置的高通滤波器、一个可变增益放大器和一个低通滤波器组成。数字探测器根据雷达前方的目标运动产生脉冲。为了获得最大的灵活性和抗误报的鲁棒性，检测器电路提供了用户可配置的保持时间、命中计数器和检测阈值。

在其两层层压封装中，仅3.3 x 6.7 x 0.56 mm³的小尺寸MMIC包含了集成天线，消除了用户端复杂的天线设计。这种MMIC的PCB设计不需要特殊的基材，因此客户可以使用标准的FR4材料。

其支持电路包括一个低噪声电压调节器、一个用于参考时钟的38.4 MHz晶体振荡器源和一个外部电容器。传感器的输出由两个LED显示：当检测到目标时，绿色LED亮起，当目标远离传感器时，红色LED亮起，当目标向传感器移动时，红色LED熄灭。

自主模式和SPI模式之间轻松切换

其包含的四个QS（QS1~4）输入引脚，即使传感器在自主模式下运行，也可以提供灵活的性能参数。例如，用户可以轻松地在QS2的多个阈值之间选择，以增大或降低探测器的灵敏度，从而增加或减小探测范围。下表显示了QS参数设置：

经验丰富的雷达用户可以通过QS1引脚改变工作模式来利用半自主和SPI模式。例如，在已经存在微控制器的情况下，可以通过SPI精确地设置芯片参数，但是仍然可以通过集成检测器来进行检测。在完全非自主SPI模式下，该接口还可以用于提取雷达原始数据，进行信号处理或开发定制算法。

BGT60LTR11AIP MMIC带支持电路的屏蔽层

总结

英飞凌开发的这款基于雷达的运动传感器适用于各种运动感知应用，如照明控制、自动开门、安全系统以及其它典型的智能家居设备。这款用户友好的雷达解决方案，可以直接应用于产品，以快速添加雷达功能，并根据运动/无运动检测将其唤醒或休眠，为传统应用增加智能性。

集成的检测器和状态机除了半自主和SPI模式外，还支持数字输出信号的自主模式运行。硬件预置引脚，即所谓的四态，使用户即使在芯片完全自主模式下也能轻松设置雷达工作参数。它能探测5 m以内的人体目标，功耗低于5 mW，使BGT60LTR11AIP成为一款极具吸引力的智能、经济、高效的运动传感器，在低功率或电池供电的应用中，这款小型雷达解决方案有望替代传统的PIR传感器。

本文源自：EE Times，麦姆斯咨询编译

延伸阅读：

《雷达技术及市场趋势-2019版》

《传感器技术和市场趋势-2020版》