60GHz 毫米波雷達如何為電視和顯示器提供先進的檢測功能

試想一下這個場景：每次電視開著卻沒有人觀看。鑒于能源成本的不斷上漲，如果電視能夠在檢測到無人觀看后自行關(guān)閉，將會大有裨益。如果電視能夠檢測觀看者座位的距離和方向，并利用這些信息來優(yōu)化圖像質(zhì)量，同時還能把發(fā)出的聲音對準觀看者來提供出色的音頻，這將大大增強觀看者的體驗。同理，如果顯示器能檢測到有人靠近并啟動登錄，這將會提供更快捷的服務(wù)。如果電視在播放特定節(jié)目時能檢測室內(nèi)人數(shù)，這將會為服務(wù)和內(nèi)容的供應(yīng)商提供更好的數(shù)據(jù)。如果顯示器能了解用戶何時離開工作區(qū)并立即自行注銷，這將會加強安全流程。

60GHz 雷達傳感器使上述這些功能得以實現(xiàn)。60GHz 雷達傳感器具有更短的波長和更多數(shù)量的發(fā)射和接收天線，可以準確檢測室內(nèi)人員（四人或更多人數(shù)）的存在、運動和位置。毫米波雷達可提供多種功能，例如監(jiān)控多個區(qū)域以確定每個區(qū)域是否有人員存在并跟蹤人員的移動。

現(xiàn)在，器件設(shè)計和工藝技術(shù)的進步使雷達能夠與片上硬件加速器、信號處理器和存儲器集成，而不僅僅是提供射頻前端。這種類型的架構(gòu)有多種好處：總體而言，它簡化了雷達在電視中的布置。此外，片上信號處理器使雷達能夠在不使用外部處理器的情況下檢測運動（從而節(jié)省信號路由并降低其他系統(tǒng)的資源要求），片上信號處理還有助于縮短與喚醒主處理器相關(guān)的延時。

使用雷達數(shù)據(jù)還可以實時提取信息，并交給機器學習算法處理，然后開發(fā)諸如運動分類等功能。將吸塵器、風扇和寵物等物體的運動與人類的運動區(qū)分開將有助于做出智能判定，并可能幫助減少錯誤檢測的數(shù)量，從而減少對其他功能不必要的喚醒和處理。

通過精確測量距離、速度和到達角，60GHz 雷達傳感器能夠提供一些高級功能，例如非接觸式人機界面 (HMI) 的手勢識別。雷達可以識別多種手勢，例如從右向左滑動（或相反），用于打開電視、更換頻道以及提高或降低音量（圖 1）。

圖 1：使用手勢切換電視頻道

憑借更短的信號波長和精密測量，60GHz 雷達可以檢測呼吸等細微的身體運動，從而實現(xiàn)呼吸頻率的非接觸式測量，甚至實現(xiàn)睡眠監(jiān)測等高級功能（圖 2）。

圖 2：使用雷達測量呼吸頻率

為了盡可能增大可視區(qū)域和屏幕尺寸（這一直是個挑戰(zhàn)），新的電視和顯示器設(shè)計正在將邊框?qū)挾认虺〕叽绨l(fā)展。德州儀器 (TI) 的 IWRL6432 等 60GHz 雷達正在通過更小的器件尺寸、更低的成本以及在小區(qū)域內(nèi)放置多個接收和發(fā)射天線來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，從而提供預(yù)期功能所需的增強性能和分辨率。由于波長較長會限制天線數(shù)量，超寬帶和 24GHz 器件等其他技術(shù)無法支持這種性能水平。

毫米波雷達通常采用在封裝上蝕刻天線的封裝技術(shù)（也稱為封裝天線），從而簡化了電路板設(shè)計。然而，由于設(shè)計是固定的，天線放置的靈活性會受到限制。為了解決與不同設(shè)計要求相關(guān)的挑戰(zhàn)，IWRL6432 雷達傳感器采用小型封裝（可在低成本印刷電路板上蝕刻天線，見圖 3），從而使您能夠靈活地定制設(shè)計。

圖 3：IWRL6432 的天線參考設(shè)計示例

大多數(shù)應(yīng)用要求毫米波雷達始終保持開啟狀態(tài)以監(jiān)控和檢測動作，同時讓產(chǎn)品的其余部分進入睡眠狀態(tài)以節(jié)省電量。TI 設(shè)計的 IWRL6432 雷達傳感器具有超低功耗，能夠以低至 2mW 的功耗檢測是否有人員存在。您還可以根據(jù)目標應(yīng)用配置器件以盡可能降低功耗。例如，當您需要實現(xiàn)更高的電源效率時，可以將器件置于深度睡眠模式以實現(xiàn)低占空比應(yīng)用。請參閱圖 4，了解高度集成的雷達設(shè)計示例。

圖 4：IWRL6432 的方框圖

結(jié)語

技術(shù)進步使得在電視和臺式顯示器等消費和個人電子產(chǎn)品中應(yīng)用 60GHz 雷達傳感器成為可能。IWRL6432 等雷達傳感器可在這些產(chǎn)品中實現(xiàn)智能檢測，從而實現(xiàn)增強功能，包括：

• 用于智能決策的情景式存在和運動檢測。
• 用于 HMI 的手勢識別。
• 呼吸和睡眠的生命體征監(jiān)測。
• 超低功耗監(jiān)控存在和運動，同時在未使用時關(guān)閉其他產(chǎn)品功能。
• 低器件和物料清單成本、緊湊的解決方案尺寸和可配置的天線設(shè)計。