各類安全系統、自動門、智能照明以及智能建筑等很多功能都需要可靠的運動感知傳感器。雖然被動式紅外（PIR）傳感器有很多缺點，但目前仍在廣泛使用中。據麥姆斯咨詢報道，英飛凌（Infineon）開發出一款極具吸引力且經濟高效的替代產品——單芯片雷達感知解決方案，它可以使運動感知變得更加智能，讓每個人都可以輕松應用雷達技術。
傳統的被動式紅外傳感器可以檢測人、動物或物體的中紅外波段紅外輻射。然而，隨著溫度的升高，它們的可靠性會急劇下降。因此，這類紅外傳感器不建議安裝在熱源附近或在高溫環境下使用。對于高要求的應用環境，雷達傳感器是一種更好的解決方案，它們受溫度的影響更小。
雷達傳感器的另一個優點是卓越的靈敏度。被動式紅外傳感器主要檢測沿切線方向的大幅運動，最小速度約為1 m/s。因此，被動式紅外傳感器對靜態和徑向運動無能為力。相比之下，雷達傳感器可以探測人體最輕微的運動，例如打字、說話，甚至是呼吸。此外，根據雷達芯片的配置，還可以獲得目標的運動方向、速度甚至準確的位置。
除此之外，雷達傳感還不存在隱私問題，因為它不會像飛行時間傳感器或攝像頭傳感器那樣生成環境的光學圖像。
憑借其獨特的功能和優勢，雷達在國防、安全、航空航天以及氣象監測或交通管制等領域已經有數十年的應用歷史。在工業領域，雷達此前一直僅用于水平/地面探測、海事導航和自動門運動傳感器等。不過，過去幾年來，雷達技術取得了顯著的擴展，正在為工廠自動化、自主導航、協作機器人以及工業檢測無人機等應用創造機遇。根據市場研究機構Yole預測，工業雷達應用市場規模未來五年預計將超過1000萬顆，其中基本的運動/存在檢測將是主要的用例。
工業雷達市場預測
當然，雷達技術在射頻、天線設計以及信號處理方面仍然需要相當高水平的專業積累。過去十年來，英飛凌在這些領域都積累了高技術水平的知識訣竅（know-how）。作為雷達芯片領域的市場領導者，英飛凌開發出了一款集所有優勢于一身的全集成微波運動傳感器：BGT60LTR11AIP，打造了迄今為止最友好的雷達解決方案。
首款完全自主且易于使用的運動傳感器
BGT60LTR11AIP是英飛凌集成度最高、尺寸最小的60 GHz雷達傳感器，其尺寸僅為3.3 x 6.7 x 0.56 mm3，并且通過非導電材料工作，因此可以很容易地集成到最終產品中，從而將雷達技術無縫集成進入我們的日常生活。
BGT60LTR11AIP是一款完全集成的微波運動傳感器，內置運動和方向探測器以及封裝天線（antennas-in-package, AIP），狀態機可以在沒有外部微控制器的情況下運行設備。兩個集成的探測器可以提供兩個數字輸出信號，一個指示運動，另一個指示運動方向（接近或離開）。與傳統雷達原始信號需要處理不同，這款傳感器輸出的兩個信號可以直接使用。在這種自主模式下，傳感器能夠以80°的視場探測距離最大5 m的人員。通過應用工作循環機制，其功耗可以保持在5 mW以下，在某些設置下甚至可以低于2 mW。
英飛凌推出的完全自主雷達傳感器BGT60LTR11AIP
與普通雷達傳感器相比，BGT60LTR11AIP專門針對智能建筑和智能家居應用進行了優化。這款傳感器可以輕松地為智慧照明系統、自動門或安全系統（包括入侵警報和攝像頭）等傳統的運動傳感應用增加“智能”。
此外，這款傳感器還可以集成到筆記本電腦、平板電腦、電視、音箱和恒溫器等系統中，通過檢測運動或運動方向來“喚醒”它們。當在規定的時間內未檢測到任何動作時，它可以使設備進入睡眠狀態或自動鎖定，以節省能源、延長使用壽命、保護隱私并增強整體的用戶體驗。
BGT60LTR11AIP可以為許多智能家居設備增加智能運動檢測功能
用戶友好、低功耗
下圖展示了BGT60LTR11AIP單片微波集成電路（MMIC）的框圖。集成壓控振蕩器（VCO）產生高頻信號，信號通過鎖相環穩定。發射器部分包括一個具有可配置輸出功率的中等功率放大器。它可以通過串行外設接口（SPI）進行控制，同時集成功率檢測器監測發射功率。
BGT60LTR11AIP單片微波集成電路框圖
該芯片具有低噪聲正交接收器，其中接收器使用正交零差下變頻混頻器前的低噪聲放大器，以提供出色的接收器靈敏度。RC多相濾波器從內部VCO信號導出，為正交混頻器生成正交本機振蕩器信號。
集成模擬基帶單元由一個用于低功耗工作循環運行的采樣保持電路、一個外部可配置的高通濾波器、一個可變增益放大器和一個低通濾波器組成。數字探測器根據雷達前方的目標運動產生脈沖。為了獲得最大的靈活性和抗誤報的魯棒性，檢測器電路提供了用戶可配置的保持時間、命中計數器和檢測閾值。
在其兩層層壓封裝中，僅3.3 x 6.7 x 0.56 mm3的小尺寸MMIC包含了集成天線，消除了用戶端復雜的天線設計。這種MMIC的PCB設計不需要特殊的基材，因此客戶可以使用標準的FR4材料。
其支持電路包括一個低噪聲電壓調節器、一個用于參考時鐘的38.4 MHz晶體振蕩器源和一個外部電容器。傳感器的輸出由兩個LED顯示：當檢測到目標時，綠色LED亮起，當目標遠離傳感器時，紅色LED亮起，當目標向傳感器移動時，紅色LED熄滅。
自主模式和SPI模式之間輕松切換
其包含的四個QS（QS1~4）輸入引腳，即使傳感器在自主模式下運行，也可以提供靈活的性能參數。例如，用戶可以輕松地在QS2的多個閾值之間選擇，以增大或降低探測器的靈敏度，從而增加或減小探測范圍。下表顯示了QS參數設置：
經驗豐富的雷達用戶可以通過QS1引腳改變工作模式來利用半自主和SPI模式。例如，在已經存在微控制器的情況下，可以通過SPI精確地設置芯片參數，但是仍然可以通過集成檢測器來進行檢測。在完全非自主SPI模式下，該接口還可以用于提取雷達原始數據，進行信號處理或開發定制算法。
BGT60LTR11AIP MMIC帶支持電路的屏蔽層
總結
英飛凌開發的這款基于雷達的運動傳感器適用于各種運動感知應用，如照明控制、自動開門、安全系統以及其它典型的智能家居設備。這款用戶友好的雷達解決方案，可以直接應用于產品，以快速添加雷達功能，并根據運動/無運動檢測將其喚醒或休眠，為傳統應用增加智能性。
集成的檢測器和狀態機除了半自主和SPI模式外，還支持數字輸出信號的自主模式運行。硬件預置引腳，即所謂的四態，使用戶即使在芯片完全自主模式下也能輕松設置雷達工作參數。它能探測5 m以內的人體目標，功耗低于5 mW，使BGT60LTR11AIP成為一款極具吸引力的智能、經濟、高效的運動傳感器，在低功率或電池供電的應用中，這款小型雷達解決方案有望替代傳統的PIR傳感器。
本文源自：EE Times，麥姆斯咨詢編譯
