77GHz 雷达传感器在汽车和工业中的应用

在过去十年中，雷达传感器已逐渐发展成一种成熟的传感方式，适用于汽车和工业应用。由于雷达技术有助于实现需要具备远距离、环境弹性和更高传感分辨率的设计，因而非常适合应用在高级驾驶辅助系统 (ADAS) 中，例如碰撞检测和液位检测。

随着推出基于互补金属氧化物半导体 (CMOS) 的片上系统 (SoC) 雷达传感器，适用于泊车辅助、脚踢开启 (KTO) 感应、门障碍物检测、机器人和电动自行车等应用的雷达技术变得更易于开发和部署。

为了满足成本和功率受限型汽车和工业应用的需求，当前的 77GHz 雷达 SoC 传感器需要采用全新设计架构。德州仪器 AWRL1432 和 IWRL1432 SoC 等器件具有电源管理功能，可快速切换不同的电源状态，并在需要时能够有效运行雷达前端、数字处理内核或存储器等内部元件。该器件还可将平均功耗从高于 1W 的典型值降低至低于 5mW（具体取决于线性调频脉冲配置），使硬件设计人员在热性能设计方面具有更大的灵活性，并通过去除散热器和简化印刷电路板设计来降低成本。

借助基于软件的雷达实现更加灵活的新型安装

汽车制造商对感应方式的选择通常取决于传感器在车辆中的用途。举例来说，当车辆停靠并锁车时，脚踢开启 (KTO) 传感器应处于待机检测模式。为了防止在停车时耗尽车辆电池，汽车制造商传统上会选择电容式或超声波等低功耗感应方式。不过遗憾的是，这些类型的传感器在错误检测、环境可靠性以及性能识别等方面面临着一定挑战。AWRL1432 等低功耗 77GHz 雷达的待机状态检测功耗低于 3mW，在任何环境条件下都能提高识别精度，并有助于简化安装，从而降低总体系统部署成本。

基于对低功耗或高性能的需求，可以将雷达传感器配置为动态切换至不同的运行模式。以 KTO 感应为例，器件可以在低于 3mW 待机状态检测模式下运行，然后在检测到人员后切换至高性能模式，以便进行脚踢姿势识别和错误检测，如图 1 所示。

图 1：一个 AWRL1432 雷达传感器即可在低功耗和高性能模式之间动态切换

在 ADAS 领域，传统的泊车辅助系统使用 8 至 12 个超声波传感器外加摄像头传感器，而现在正发展成为更强大、更具成本效益的自动化系统。虽然每个超声波传感器都可以具有成本效益，但主要缺点体现在传感器对汽车美观性造成影响（由于必须打孔）、在恶劣环境中的性能欠佳以及距离检测性能（最小和最大可测量距离）不佳。

现在，汽车设计人员可以利用具有泊车辅助功能的角雷达传感器，以及具有成本效益的 TI AWRL1432 集成雷达 SoC，来覆盖汽车周围的视野，而不是添加更多的超声波传感器，如图 2 所示。AWRL1432 超短距离雷达传感器可以检测到近至 3cm 和远至 15m 的静止物体，具体取决于天线配置。

图 2：使用雷达传感器实现 360 度泊车辅助覆盖

如图 3 所示，您可以在车辆保险杠中央使用相同的传感器来进行泊车辅助和 KTO，并使用角传感器来进行泊车辅助和盲点检测。为了实现这种多模式功能，雷达传感器不仅必须是软件可配置的，还必须具有按需从高性能扩展到低功耗的架构灵活性。

图 3：多模式雷达传感器在进行泊车辅助和 KTO

借助低功耗雷达传感器在恶劣的工业环境中游刃有余

超声波传感器广泛用于非汽车应用中的物体和人员接近感应，例如停车场护栏内的车辆出入控制或非公路车辆（如建筑叉车、农业机械和电动自行车）防撞，如图 4 所示。鉴于精度要求越来越高，77GHz 雷达传感器将逐渐取代超声波传感器。IWRL1432 的成本较低，有助于使停车障碍传感器更经济实惠，以更小巧的外形进行实施和部署。此类传感器具备较高的射频性能，也适用于电动自行车、踏板车和农业设备的物体检测和部署。这些设备需要检测 1m 至 60m 以上距离的物体和人员。

图 4：可应对感应挑战的 77GHz 雷达传感器在恶劣环境中的应用

如图 5 所示，液箱液位传感器通过发射经液体或固体表面（如化学品、油或液体）反射的无线电波，来测量工业环境中的液体和固体料位。即使在蒸汽、泡沫和其他具有挑战性的条件下也可进行测量。此类应用的主要需求是较低功耗、高检测精度和工人安全性。77GHz IWRL1432 传感器内置深度睡眠模式，可实现每次测量低于 10mJ 的功耗，符合安全完整性等级2标准，并提供毫米级测量精度。