60GHz 毫米波雷达如何为电视和显示器提供先进的检测功能

作者：德州仪器



试想一下这个场景：每次电视开着却没有人观看。鉴于能源成本的不断上涨，如果电视能够在检测到无人观看后自行关闭，将会大有裨益。如果电视能够检测观看者座位的距离和方向，并利用这些信息来优化图像质量，同时还能把发出的声音对准观看者来提供出色的音频，这将大大增强观看者的体验。同理，如果显示器能检测到有人靠近并启动登录，这将会提供更快捷的服务。如果电视在播放特定节目时能检测室内人数，这将会为服务和内容的供应商提供更好的数据。如果显示器能了解用户何时离开工作区并立即自行注销，这将会加强安全流程。

60GHz 雷达传感器使上述这些功能得以实现。60GHz 雷达传感器具有更短的波长和更多数量的发射和接收天线，可以准确检测室内人员（四人或更多人数）的存在、运动和位置。毫米波雷达可提供多种功能，例如监控多个区域以确定每个区域是否有人员存在并跟踪人员的移动。

现在，器件设计和工艺技术的进步使雷达能够与片上硬件加速器、信号处理器和存储器集成，而不仅仅是提供射频前端。这种类型的架构有多种好处：总体而言，它简化了雷达在电视中的布置。此外，片上信号处理器使雷达能够在不使用外部处理器的情况下检测运动（从而节省信号路由并降低其他系统的资源要求），片上信号处理还有助于缩短与唤醒主处理器相关的延时。

使用雷达数据还可以实时提取信息，并交给机器学习算法处理，然后开发诸如运动分类等功能。将吸尘器、风扇和宠物等物体的运动与人类的运动区分开将有助于做出智能判定，并可能帮助减少错误检测的数量，从而减少对其他功能不必要的唤醒和处理。

通过精确测量距离、速度和到达角，60GHz 雷达传感器能够提供一些高级功能，例如非接触式人机界面 (HMI) 的手势识别。雷达可以识别多种手势，例如从右向左滑动（或相反），用于打开电视、更换频道以及提高或降低音量（图 1）。


图 1：使用手势切换电视频道

凭借更短的信号波长和精密测量，60GHz 雷达可以检测呼吸等细微的身体运动，从而实现呼吸频率的非接触式测量，甚至实现睡眠监测等高级功能（图 2）。


       
图 2：使用雷达测量呼吸频率

为了尽可能增大可视区域和屏幕尺寸（这一直是个挑战），新的电视和显示器设计正在将边框宽度向超薄尺寸发展。德州仪器 (TI) 的 IWRL6432 等 60GHz 雷达正在通过更小的器件尺寸、更低的成本以及在小区域内放置多个接收和发射天线来应对这一挑战，从而提供预期功能所需的增强性能和分辨率。由于波长较长会限制天线数量，超宽带和 24GHz 器件等其他技术无法支持这种性能水平。

毫米波雷达通常采用在封装上蚀刻天线的封装技术（也称为封装天线），从而简化了电路板设计。然而，由于设计是固定的，天线放置的灵活性会受到限制。为了解决与不同设计要求相关的挑战，IWRL6432 雷达传感器采用小型封装（可在低成本印刷电路板上蚀刻天线，见图 3），从而使您能够灵活地定制设计。


图 3：IWRL6432 的天线参考设计示例

大多数应用要求毫米波雷达始终保持开启状态以监控和检测动作，同时让产品的其余部分进入睡眠状态以节省电量。TI 设计的 IWRL6432 雷达传感器具有超低功耗，能够以低至 2mW 的功耗检测是否有人员存在。您还可以根据目标应用配置器件以尽可能降低功耗。例如，当您需要实现更高的电源效率时，可以将器件置于深度睡眠模式以实现低占空比应用。请参阅图 4，了解高度集成的雷达设计示例。


图 4：IWRL6432 的方框图

结语

技术进步使得在电视和台式显示器等消费和个人电子产品中应用 60GHz 雷达传感器成为可能。IWRL6432 等雷达传感器可在这些产品中实现智能检测，从而实现增强功能，包括：
•        用于智能决策的情景式存在和运动检测。
•        用于 HMI 的手势识别。
•        呼吸和睡眠的生命体征监测。
•        超低功耗监控存在和运动，同时在未使用时关闭其他产品功能。
•        低器件和物料清单成本、紧凑的解决方案尺寸和可配置的天线设计。


其他资源

·       下载以下技术白皮书：o   “雷达传感器可实现更智能的家居、城市和生活”。o   “使用毫米波雷达器件 IWRL6432 实现前沿机器学习”。·       阅读应用简报“低功耗毫米波雷达解决方案使电池供电类接近感应产品实现新功能”。·       订购 IWRL6432BOOST BoosterPack™ 插件模块。·       了解 IWRL6432 系列雷达传感器如何用于个人电子产品。