无线传输技术提升AI机器人的性能表现

来源：艾睿电子

目前市面上已经有各种家用、商用、工业用机器人在广泛应用，这些机器人都需要结合各式各样的传感器，以便机器人能够更智能的判断位置、方向，做出正确的反应，以往这些传感器需要通过有线方式传输信号，使其在移动时受到一些牵绊与限制，无线传输技术则将会是更好的技术选择。本文将为您介绍用于AI机器人的无线传输技术，以及ST（意法半导体）的相关解决方案。

非接触式无线传输便于机器人组装与维护

目前市面上已经有各式各样的AI机器人，会在家庭、办公室或工厂等不同的环境中工作，其形状各异、运动方式也不同，这些机器人都会集成各种的传感器，像是超声波传感器、摄像头传感器、电机转速传感器、红外传感器、陀螺仪、悬崖传感器、防撞传感器等，这些各式各样的传感器都需要将收集到的信号传送给处理器／控制器，来进行后续的信息判读与处理，以往通常是通过有线方式来传输数据，导致机器内充斥各种电缆与连接器，这对机器的组装与维护，都带来不少的困扰。

另一方面，机器人的运作环境中，通常条件较为恶劣，机器人需要在灰尘、盐分、振动等恶劣的环境中运行，若是采用有线连接方式，这些电缆与连接器将容易松脱、硬化，有时也会对机器人本身的运动带来牵绊、拉扯，通过非接触式的无线连接，则可让机器的故障率大为降低，也可让机器人的运动更为自由。

此外，采用真正无连接器的电子设备、机器人，也可让设备的设计更为简洁、时尚，并可通过各种非接触式配件改善用户体验，并在设备之间带来“点击和同步”等创新功能，且设备的组装更容易，若在医疗设备采用非接触式操控，也可以减少疾病的传播，非接触式的无线传输方式将会是更好的技术选择。



60 GHz射频毫米波适合用于短距离非接触式连接

采用无线方式来传输这些传感器数据，相对于有线方式是更为便利的方式。当然，无线传输技术也相当多样，像是Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee等技术，但如何兼顾速度、功耗之间的平衡，则是选择时要注意的议题。除了上述的无线电传输技术之外，不需要经过授权许可的60 GHz射频毫米波段，能够实现前所未有的多千兆数据速率，且功耗相当低，这为短距离非接触式连接开辟了新的机会。

无线射频毫米波信号传输的优势，在于其是利用射频而非光或声音进行信号传输，因此不会受到烟雾、雨水和弱光等环境因素的影响，这种稳定的特性使其能够在室内和室外应用中都拥有不错的性能。

毫米波传输通常使用多个射频频段，不同地区对各个频段的规范也有所差异，大多数射频传输会使用24GHz、60GHz和77GHz无线电频段。其中的24GHz超宽带段（Ultra-wide Band, UWB），由于欧洲电信标准协会（ETSI）和美国联邦通信委员会（FCC）制定的频谱规则和标准，自2018年9月起已经禁止新产品使用24GHz UWB，所有使用24GHz UWB的现有产品必须在2022年之前逐步淘汰，因此已经不再适合使用。

在汽车应用中通常会使用77GHz频段，但此频段在全球多数地区中，在工厂、建筑和城市基础设施之应用中，包括需要人机互动的应用上会有些限制，而60GHz频段的使用则并未受到限制，使60GHz成为射频毫米波无线传输的理想频段。



ST60可提供高数据速率且节能的无线链路

针对60 GHz频段的射频毫米波传输应用，ST推出了ST60射频收发器，可提供具有高数据速率且非常节能的无线链路，无需物理电缆和连接器即可进行短距离（几厘米）点对点通信，ST60提供一流的无线性能，传输速度高达6.25 Gbps，而且功耗极低。

ST60具有无与伦比的效率、非常小的外形尺寸和优化材料清单（BOM）的创新架构，使其非常适合个人电子产品、工业应用、电脑和外围设备的广泛应用。ST60收发器无连接器解决方案，是具有高数据速率的小型优化无线链路收发器，可实现短距离、点对点非接触式通信的突破，它可提供板对板的非接触式连接，可去除电子设备中的柔性电缆，也可去除工业电子系统中因弯曲和转弯而承受机械应力的电缆，这种无连接器解决方案，特别适用于防水和防尘无线设备，并可用于对移动中的设备到设备进行数据同步的无缝对接，适用于恶劣的工业环境，可避免连接器端口受到环境干扰，是适用于工业应用的非接触式连接器解决方案。



低延迟、低功耗的短距离非接触式连接射频收发器

ST推出的ST60A3G1是具有封装天线（Antenna-in-Package，AiP）的60 GHz射频收发器A3系列，具有60 GHz V波段收发器，可实现高达480 Mbit/s的短距离非接触式连接，并仅有7ns的低延迟，比5G的1ms延迟还要低，是集成了完整射频收发器和天线的紧凑型解决方案。

ST60A3G1可以半双工模式运行，具有44 dB典型总链路预算，以及高达6 cm的自由空间传播损耗，支持eUSB2、UART、GPIO和I2C射频隧道，采用单1.8 V电源供电，其在采用eUSB2接口进行接收／发送时仅需110/130毫瓦（典型值），采用UART/GPIO/I2C接口传输时则为90 mW（典型值），待机时仅需13 μW的低功耗，具有优化的材料清单，无需外部匹配网络和时钟参考，其参考时钟可用于射频链路的一端，以符合特定的区域法规需求。

ST60A3G1采用VFBGA 2.9 mm x 4.1 mm x 0.8 mm，0.4 mm间距的23球微型外形封装，收发器模块包含通用输入／输出（GPIO），在隧道模式下也可使用。若结合ST无线充电解决方案，传感器可封装在密封盒中，以便于在严重干扰的环境下工作。

ST60A3G1可应用于非接触式测试工厂自动化和售后服务、无孔个人设备、非接触式配件、非接触式个人设备的对接集线器和数据传输、工业非接触式连接器、板对板连接和柔性电缆替换。

结语

使用无线传输技术来替代电缆与连接器，已经是AI机器人应用的主流发展方向，便于提升机器人组装与维护的效率。ST推出的ST60系列射频收发器，具备高传输速度、低功耗的特性，可替换掉AI机器人产品内的电缆与连接器，是提升AI机器人性能表现的最佳解决方案。