傳感技術讓許多公司有了提升現有產品功能的機會。例如，在物聯網領域，Omdia預測，在2020年到2024年期間傳感器出貨量將增加近200億個，其中雷達傳感器的年復合增長率大概會達到30%。
鑒于TI毫米波雷達擁有諸多優(you)勢，包括能夠在惡劣的(de)條(tiao)件下運行、保護隱私并提供高分辨率的(de)距離(li)、速度(du)和(he)角度(du)信(xin)息，其關注度(du)和(he)使用率日(ri)漸增(zeng)長。
在(zai)本(ben)文中，我們將提供一(yi)些毫(hao)米波雷達傳感解決方案(an)優化成本(ben)的(de)見(jian)解，分享新產(chan)品(pin)創(chuang)意的(de)真實案(an)例，并探索實際的(de)電路(lu)板設計(ji)以加快(kuai)開發(fa)速度(du)。
對于已經采用毫米波雷達的(de)系統(tong)，所(suo)節省(sheng)的(de)成本可(ke)以(yi)用來提(ti)供頗具競爭力(li)的(de)全新(xin)(xin)價格，借此(ci)彌補產品(pin)系列的(de)空缺或為客戶提(ti)供新(xin)(xin)的(de)切入點。低成本解決方案(an)還可(ke)以(yi)幫助印證添(tian)加傳(chuan)感功能以(yi)提(ti)供新(xin)(xin)功能、便利性及市場吸(xi)引力(li)的(de)合理性。樓宇自動(dong)化領(ling)域便很好(hao)地印證了這些可(ke)能性。
降低(di)毫米波雷達(da)成(cheng)本(ben)
零售(shou)商店自(zi)(zi)動門(men)(men)供(gong)應商可以(yi)(yi)推出價格更實惠(hui)的(de)自(zi)(zi)動門(men)(men)來形成(cheng)低成(cheng)本(ben)(ben)(ben)切入點(dian)，這樣可以(yi)(yi)吸引(yin)新(xin)客戶，并留存(cun)老客戶。成(cheng)本(ben)(ben)(ben)較低的(de)毫米(mi)波解決方(fang)案可以(yi)(yi)通過感知(zhi)人的(de)存(cun)在和方(fang)位來確定自(zi)(zi)動門(men)(men)是(shi)否應該打(da)開或(huo)關閉，這有助于進行自(zi)(zi)動門(men)(men)功能擴展。此附加(jia)功能可以(yi)(yi)降低樓宇(yu)供(gong)熱(re)和降溫成(cheng)本(ben)(ben)(ben)并減少自(zi)(zi)動門(men)(men)的(de)整體(ti)機械磨損(sun)。
說到降低成本，決(jue)策(ce)通(tong)常都(dou)非(fei)常容易。然而，與許多決(jue)策(ce)一樣，在滿足(zu)整(zheng)體產品要求和降低相關成本之間需要權衡取舍。
典型影(ying)響(xiang)毫米(mi)波雷(lei)達電(dian)路(lu)板成本(ben)的三(san)個主要方面是：
? 印刷電路板(PCB)設計
? PCB基板材料和制造成本
? 電子(zi)物料清單(eBOM)
讓我們了解一下這(zhe)些方(fang)面(mian)，以及(ji)在開發基于TI IWR6843ABGABL傳感器(qi)的毫(hao)米波雷(lei)達電(dian)路板時要考慮的“節省”背(bei)后的一些概(gai)念。
簡(jian)化PCB設計
從PCB設(she)計(ji)的(de)角度(du)來(lai)看，目標是避(bi)(bi)免(mian)高密(mi)度(du)互連設(she)計(ji)并降低(di)復(fu)雜性，從而降低(di)電路板制(zhi)造成本(ben)。這(zhe)可(ke)(ke)以通過在焊板上用過孔代(dai)替微孔以及避(bi)(bi)免(mian)過孔來(lai)實現。根據電路板的(de)整體設(she)計(ji)，您(nin)可(ke)(ke)能(neng)會(hui)節約(yue)一筆可(ke)(ke)觀的(de)成本(ben)，但是您(nin)必須在這(zhe)些(xie)成本(ben)節約(yue)與可(ke)(ke)能(neng)的(de)整體尺寸增(zeng)加之間進行權(quan)衡。例如，我們(men)在這(zhe)方面的(de)研究(jiu)表明大概可(ke)(ke)以節省40%的(de)成本(ben)，而電路板面積增(zeng)加可(ke)(ke)忽略不計(ji)。
PCB材料選擇
許(xu)多產品經理(li)和工程團隊都希望在(zai)雷達電路板(ban)上使(shi)(shi)用專業的(de)Rogers層壓板(ban)，起碼(ma)確保(bao)在(zai)天線層使(shi)(shi)用。根據(ju)TI實(shi)(shi)驗(yan)，我們的(de)經驗(yan)數(shu)據(ju)表明，在(zai)天線層使(shi)(shi)用成本較低的(de)Isola FR408HR層壓板(ban)，實(shi)(shi)際探(tan)測距離還是可以接(jie)受的(de)。您(nin)必須兼顧(gu)整體性(xing)能和系統(tong)要求，這個探(tan)測距離對(dui)于典型毫米(mi)波系統(tong)來說(shuo)還是比(bi)較合理(li)的(de)。如圖1所(suo)示，采(cai)用FR4電路板(ban)對(dui)最大往返增益會(hui)有(you)所(suo)影響。
圖1：FR4和Rogers電(dian)路板比較。
如圖2所示，這一增益差異會導致探(tan)測距離略有(you)縮短(duan)，但(dan)可以說仍在典型毫米波系統的(de)合(he)理(li)性能預期范(fan)圍內。
例如，如圖(tu)2所示，最左側圖(tu)像表示使(shi)用Rogers電路(lu)板(ban)可以檢測到20m遠的(de)(de)目標。在線(xian)性(xing)調頻脈(mo)沖配置相同的(de)(de)情況下，使(shi)用FR4電路(lu)板(ban)時，由于(yu)存在~8dB的(de)(de)增益損耗，探測距(ju)離(li)大約會縮短至Rogers電路(lu)板(ban)的(de)(de)~60%。
在相同(tong)條件(jian)下，我們(men)可以通過增(zeng)加(jia)線(xian)(xian)性調頻脈沖的數量和(he)相干信(xin)噪(zao)比來增(zeng)加(jia)探測距離。這個方(fang)法對于Rogers和(he)FR4都適(shi)用。然而，仍然需要進行(xing)權衡，例(li)如(ru)(ru)，如(ru)(ru)圖(tu)2的中間(jian)及最右(you)側圖(tu)像所(suo)示，增(zeng)加(jia)線(xian)(xian)性調頻脈沖數量后，功耗也會隨之(zhi)升高。我們(men)不能通過無限增(zeng)加(jia)線(xian)(xian)性調頻脈沖數量來提(ti)升信(xin)噪(zao)比，因為除了功率(lv)之(zhi)外還需要權衡其他事項，例(li)如(ru)(ru)硬件(jian)支持的有限的片上存儲器、有效的處(chu)理能力和(he)刷新(xin)率(lv)。
圖2：Rogers與FR4探(tan)測距離
與Rogers RO4835層壓板相(xiang)比，Isola FR408HR可大幅降低(di)(di)成本（大概 30%）。除(chu)此之外(wai)，PCB制(zhi)造公司更熟悉FR4，這(zhe)些材料更容易獲得。當使用聲譽卓越且經驗豐富的(de)合作伙伴和(he)供應商時，這(zhe)份熟悉度和(he)FR408HR各自會(hui)進一步幫助降低(di)(di)制(zhi)造成本。
縮減eBOM
雷達電(dian)路(lu)板(ban)最后考慮節約成本(ben)的(de)地(di)方是BOM。由于降(jiang)低(di)成本(ben)是主要(yao)目標，因此開發人員應該以此為重點來完(wan)成分(fen)析。在TI，我(wo)們發現(xian)使用分(fen)立式直流(liu)/直流(liu)轉(zhuan)換器(qi)是一種(zhong)更具成本(ben)效(xiao)益的(de)方式，尤其是對于非安(an)全應用中采用IWR6843AQGABL雷達傳(chuan)感器(qi)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)電(dian)源子系統。
在IWR6843LEVM設計中，我們使用了以下直(zhi)流/直(zhi)流器件：
TPS628502HQDRLRQ1、TPS6285020MQDRLRQ1、TPS6285018AQDRLRQ1 和 TPS628503QDRLRQ1。這些都是固定(ding)輸出電壓器件，成本(ben)非常低。也可(ke)(ke)以(yi)考慮將與(yu) TPS628501、TPS628502和TPS628503同一系(xi)列(lie)的(de)可(ke)(ke)調電壓型號用(yong)于電源(yuan)管理，從而(er)提供設計靈活性(xing)并提供更多庫存管理選項。當用(yong)于非汽(qi)車類應(ying)用(yong)時(shi)，該選擇較(jiao)電源(yuan)管理集成電路(PMIC)替(ti)代解決方(fang)案(an)可(ke)(ke)以(yi)節省大(da)概10%的(de)總成本(ben)。以(yi)降低成本(ben)為主要目標，在選擇直(zhi)流(liu)/直(zhi)流(liu)解決方(fang)案(an)時(shi)還應(ying)考慮對電壓監控和功能安(an)全的(de)要求。
總體而(er)言，基于IWR6843AQGABL，我們實現了節約大概10%的成本和電路板面積(ji)。
結語
從(cong)電路(lu)板PCB設計、PCB材料和(he)eBOM中(zhong)節省(sheng)的(de)成本可以在擴展當前產(chan)品系列的(de)同時開(kai)辟新的(de)產(chan)品機會。適用的(de)市場包(bao)括(kuo)樓宇自動(dong)化、工廠自動(dong)化和(he)機器人(ren)；與(yu)這(zhe)些市場相關(guan)的(de)產(chan)品包(bao)括(kuo)割(ge)草機、低成本壁掛式空(kong)調裝置和(he)低成本自動(dong)照明系統等。用戶可以通過全新的(de)IWR6843LEVM評(ping)估(gu)模(mo)塊來評(ping)估(gu)這(zhe)些節約點。
現有毫米波(bo)SDK可(ke)支(zhi)持(chi)IWR6843LEVM。
其(qi)他資源(yuan)：
? 查(cha)看(kan)工業毫米波雷達傳感器
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