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(yu)TI毫(hao)米波(bo)雷達擁有諸多(duo)優勢，包括能夠在惡(e)劣的(de)條件下(xia)運行、保護隱私(si)并提供高(gao)分(fen)辨率的(de)距離、速度和角度信息，其(qi)關注度和使用率日漸(jian)增長。
在(zai)本文中，我們將提供一些(xie)毫米波雷達傳感解決方案優(you)化成本的(de)(de)見解，分(fen)享新產品創(chuang)意的(de)(de)真實(shi)(shi)案例(li)，并(bing)探索實(shi)(shi)際的(de)(de)電路板設計(ji)以加(jia)快開發速度。
對于已經采用毫米(mi)波雷達的(de)系統(tong)，所節省的(de)成(cheng)(cheng)本可(ke)(ke)以用來提供頗具競爭(zheng)力(li)的(de)全新(xin)價(jia)格，借此(ci)彌補產品(pin)系列(lie)的(de)空(kong)缺(que)或為客戶提供新(xin)的(de)切入點。低成(cheng)(cheng)本解決方(fang)案還(huan)可(ke)(ke)以幫(bang)助印證(zheng)添加傳(chuan)感功(gong)能(neng)以提供新(xin)功(gong)能(neng)、便(bian)利(li)性及市場吸引力(li)的(de)合理性。樓宇自動化(hua)領域便(bian)很(hen)好地印證(zheng)了這些可(ke)(ke)能(neng)性。
降低毫米波雷達成本
零售商(shang)店(dian)自(zi)動門供(gong)應商(shang)可(ke)以(yi)推(tui)出價(jia)格更(geng)實(shi)惠的自(zi)動門來(lai)形成低(di)成本(ben)(ben)切入點，這(zhe)(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)吸引(yin)新客戶，并留存(cun)老客戶。成本(ben)(ben)較(jiao)低(di)的毫米波(bo)解決方案可(ke)以(yi)通過感知人的存(cun)在和方位(wei)來(lai)確定自(zi)動門是否應該打(da)開(kai)或關閉(bi)，這(zhe)(zhe)有助(zhu)于(yu)進行(xing)自(zi)動門功能擴展。此附(fu)加功能可(ke)以(yi)降低(di)樓(lou)宇供(gong)熱(re)和降溫(wen)成本(ben)(ben)并減少自(zi)動門的整體機(ji)械磨損(sun)。
說到降低成本，決策(ce)通常(chang)都非常(chang)容易。然而(er)，與許多決策(ce)一樣，在滿足整(zheng)體產(chan)品要(yao)求和降低相(xiang)關成本之間需要(yao)權衡取(qu)舍。
典型影(ying)響(xiang)毫米波(bo)雷達電路板(ban)成本的三個主要(yao)方(fang)面(mian)是：
? 印(yin)刷電路板(PCB)設計(ji)
? PCB基板材料(liao)和制造成本
? 電(dian)子(zi)物料清(qing)單(eBOM)
讓我們了解一下這些方面(mian)，以及在(zai)開發基于TI IWR6843ABGABL傳(chuan)感器(qi)的毫米波雷達電(dian)路板時(shi)要考慮的“節(jie)省”背后的一些概念。
簡化PCB設計
從PCB設計(ji)的角度來看，目標是避(bi)免高密度互連(lian)設計(ji)并降低復雜性(xing)，從而降低電(dian)路(lu)板制(zhi)造成本。這可(ke)(ke)(ke)以通過(guo)在焊板上用過(guo)孔代替微孔以及避(bi)免過(guo)孔來實現。根據電(dian)路(lu)板的整體設計(ji)，您(nin)可(ke)(ke)(ke)能會節(jie)(jie)約(yue)(yue)一筆可(ke)(ke)(ke)觀的成本，但是您(nin)必(bi)須在這些成本節(jie)(jie)約(yue)(yue)與可(ke)(ke)(ke)能的整體尺寸增(zeng)加之間進行權衡(heng)。例如(ru)，我們在這方面的研究表明大概可(ke)(ke)(ke)以節(jie)(jie)省40%的成本，而電(dian)路(lu)板面積增(zeng)加可(ke)(ke)(ke)忽略不計(ji)。
PCB材(cai)料選擇
許(xu)多(duo)產品經理和(he)工程團(tuan)隊(dui)都希望在(zai)雷達(da)電路板上使用專業的(de)Rogers層(ceng)壓板，起碼確保在(zai)天線層(ceng)使用。根(gen)據TI實(shi)驗(yan)，我們的(de)經驗(yan)數據表明，在(zai)天線層(ceng)使用成本較(jiao)低的(de)Isola FR408HR層(ceng)壓板，實(shi)際探測(ce)距(ju)離還(huan)是可以接受的(de)。您必(bi)須兼顧整體性能和(he)系(xi)統(tong)要求(qiu)，這個探測(ce)距(ju)離對于典型毫米波系(xi)統(tong)來說還(huan)是比較(jiao)合理的(de)。如圖1所(suo)示，采用FR4電路板對最大往返增益會有所(suo)影響。
圖(tu)1：FR4和(he)Rogers電路板比較。
如圖2所示，這(zhe)一增益差(cha)異會導致探測距離略有(you)縮短，但可以說(shuo)仍(reng)在(zai)典型毫米波系統的合理(li)性能預期(qi)范圍內。
例如，如圖2所(suo)示，最左(zuo)側圖像表(biao)示使用Rogers電路板可以檢測(ce)到20m遠(yuan)的目標。在(zai)線性調頻脈沖配置相同的情況下，使用FR4電路板時，由于存在(zai)~8dB的增益(yi)損(sun)耗，探測(ce)距離(li)大約會縮短(duan)至Rogers電路板的~60%。
在相(xiang)同條(tiao)件(jian)下(xia)，我們可以(yi)通過增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)線(xian)性調(diao)頻(pin)脈(mo)沖(chong)的(de)數(shu)量(liang)和相(xiang)干信噪比(bi)來(lai)(lai)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)探測距(ju)離。這個方法(fa)對于Rogers和FR4都(dou)適(shi)用。然(ran)而，仍然(ran)需要進行權(quan)衡(heng)，例如，如圖2的(de)中間及最右側(ce)圖像所示，增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)線(xian)性調(diao)頻(pin)脈(mo)沖(chong)數(shu)量(liang)后(hou)，功耗也會隨之(zhi)升高。我們不能通過無限增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)線(xian)性調(diao)頻(pin)脈(mo)沖(chong)數(shu)量(liang)來(lai)(lai)提升信噪比(bi)，因(yin)為除(chu)了功率之(zhi)外還需要權(quan)衡(heng)其他(ta)事項，例如硬件(jian)支持的(de)有限的(de)片(pian)上(shang)存儲(chu)器、有效的(de)處(chu)理(li)能力和刷新(xin)率。
圖2：Rogers與(yu)FR4探測距離
與Rogers RO4835層壓板(ban)相比(bi)，Isola FR408HR可大幅(fu)降低成本(ben)（大概 30%）。除此之(zhi)外，PCB制(zhi)造(zao)公司更熟悉FR4，這些材料更容易獲得。當(dang)使用(yong)聲譽卓(zhuo)越(yue)且經驗豐富的合作(zuo)伙(huo)伴和供應商時(shi)，這份熟悉度和FR408HR各自會進一步幫助降低制(zhi)造(zao)成本(ben)。
縮減eBOM
雷達電(dian)路板最后考慮節約成本的(de)地方是BOM。由于降(jiang)低成本是主要目標，因此開發人員(yuan)應該以此為重(zhong)點來完(wan)成分析。在TI，我們(men)發現使用(yong)(yong)分立式(shi)直流/直流轉換器(qi)是一(yi)種(zhong)更(geng)具成本效(xiao)益的(de)方式(shi)，尤(you)其是對于非安全(quan)應用(yong)(yong)中采用(yong)(yong)IWR6843AQGABL雷達傳感器(qi)電(dian)路板的(de)電(dian)源子系統。
在IWR6843LEVM設計中，我們使用了以下(xia)直流/直流器件(jian)：
TPS628502HQDRLRQ1、TPS6285020MQDRLRQ1、TPS6285018AQDRLRQ1 和 TPS628503QDRLRQ1。這(zhe)些都是固(gu)定輸出電(dian)壓器(qi)件，成(cheng)(cheng)本(ben)非常低。也(ye)可以考(kao)慮(lv)將與(yu) TPS628501、TPS628502和TPS628503同(tong)一系列的可調電(dian)壓型號用于(yu)(yu)電(dian)源管(guan)理(li)，從而提(ti)供設計靈活性并提(ti)供更(geng)多庫存管(guan)理(li)選項。當(dang)用于(yu)(yu)非汽車類應用時(shi)，該選擇較(jiao)電(dian)源管(guan)理(li)集成(cheng)(cheng)電(dian)路(lu)(PMIC)替代(dai)解決方案可以節省大概10%的總(zong)成(cheng)(cheng)本(ben)。以降低成(cheng)(cheng)本(ben)為主要(yao)目標，在選擇直(zhi)流(liu)/直(zhi)流(liu)解決方案時(shi)還應考(kao)慮(lv)對電(dian)壓監控和功能安全的要(yao)求。
總體而言(yan)，基于IWR6843AQGABL，我(wo)們實現(xian)了節約大概(gai)10%的(de)成本和電路(lu)板面(mian)積。
結語
從電路板PCB設計(ji)、PCB材料和(he)eBOM中節(jie)省的(de)(de)成(cheng)本可以在(zai)擴展當前產品系(xi)列的(de)(de)同(tong)時開(kai)辟新(xin)的(de)(de)產品機會。適用(yong)的(de)(de)市場包括樓宇自(zi)動(dong)(dong)化、工廠(chang)自(zi)動(dong)(dong)化和(he)機器人；與這些(xie)市場相(xiang)關的(de)(de)產品包括割草(cao)機、低(di)成(cheng)本壁掛式空調裝置和(he)低(di)成(cheng)本自(zi)動(dong)(dong)照明系(xi)統等。用(yong)戶可以通過全新(xin)的(de)(de)IWR6843LEVM評估(gu)模塊來評估(gu)這些(xie)節(jie)約點。
現有毫米波SDK可支持IWR6843LEVM。
其(qi)他(ta)資源(yuan)：
? 查看(kan)工業毫米波雷達傳(chuan)感器
? 要(yao)獲(huo)取演(yan)示、實驗、應(ying)用(yong)和源代(dai)碼，請(qing)查看工(gong)業(ye)毫米波傳感器工(gong)具(ju)箱
