Contents
Als je het hen zou vragen (en dat heb ik gedaan), zou je ontdekken dat veel mensen denken aan radar in de context van dingen als vliegtuigen en schepen en het avondweerbericht op tv. Als onderdeel hiervan hebben ze de neiging om radarsystemen als groot, omvangrijk en duur te beschouwen.
In feite gebruiken ze het deel van het elektromagnetische spectrum dat bekend staat als de millimeterband in combinatie met moderne halfgeleidertechnologieën ( oftewel siliciumchips), is het nu mogelijk om radar-op-een-chip te implementeren, wat de deur opent naar een breed scala aan detectietoepassingen.
mmWave Radar
Extreem hoge frequentie (EHF) is de aanduiding van de International Telecommunication Union (ITU) voor de band van radiofrequenties in het elektromagnetische spectrum van 30 tot 300 gigahertz (GHz). Radiogolven in deze band hebben golflengten van tien tot één millimeter, dus het wordt ook wel de millimeterband genoemd en straling in deze band wordt millimetergolven genoemd (ook wel mmWave of MMW genoemd).
Dankzij de korte golflengten van mmWave-radar kan deze een hoge resolutie bieden met een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter. Het kan door bepaalde materialen heen dringen, zoals plastic, gipsplaat en kleding, en het is ongevoelig voor omgevingsfactoren zoals regen, mist, stof en sneeuw.
Een compleet mmWave-radarsysteem omvat radiofrequentiecomponenten (RF) om de millimeterradiogolven te verzenden (TX) en te ontvangen (RX), analoge componenten om functies zoals klokken te implementeren, mixed-signalcomponenten zoals digitaal-naar-analoogomzetters (DAC's) ) en digitale componenten zoals digitale signaalprocessors (DSP's). Traditioneel werden mmWave-radars geïmplementeerd met behulp van discrete componenten, waardoor de grootte, het stroomverbruik en de kosten van het systeem toenam. Meer recent hebben technologie-leidende bedrijven zoals Texas Instruments (TI) complete mmWave-radarsystemen gemaakt op een enkele complementaire op metaaloxide halfgeleider (CMOS) gebaseerde chip.
Automobielen en robots en Surveillance, Oh My!
Het kleine formaat, het lage stroomverbruik, de hoge resolutie, de nauwkeurigheid van het bereik van minder dan de millimeter en het betaalbare karakter van mmWave-radarsystemen maken ze aantrekkelijk voor een breed scala aan toepassingen. Dergelijke toepassingen omvatten, maar zijn niet beperkt tot:
- Gebouwautomatisering: Detecteren en volgen van mensen en dieren binnen en buiten het gebouw.
- Veiligheidsvoorzieningen: de positie en snelheid van mensen kunnen worden gebruikt om veiligheidssystemen te activeren wanneer een persoon of een object te dicht bij een gevaarlijke machine komt in een industriële omgeving.
- Niveaudetectie:Bewaking van de niveaus van vloeistoffen of vaste stoffen in tanks of silo's.
- Verkeersbewaking: Detectie van verkeer, voetgangers, fietsers en dieren in alle licht- en weersomstandigheden voor intelligente besluitvorming, datalogging en rapportage.
- Robotica: vaste robots uitrusten met de mogelijkheid om mensen of objecten in de buurt te detecteren, en autonome robots met de mogelijkheid om mensen of objecten te detecteren en te gebruiken deze informatie om intelligente beslissingen te nemen.
- Automotive: Detectie van ander verkeer, voetgangers, fietsers, dieren en obstakels in alle licht- en weersomstandigheden voor intelligente besluitvorming. Ook detecteren en bewaken van inzittenden (volwassenen, kinderen, huisdieren) in een auto voor toepassingen zoals kinderaanwezigheidsdetectie, gordelverklikkers en meer.
Naast de sensorapparaten zelf, biedt TI levert ook een reeks automotive (AWR) en industriële (IWR) mmWave radarevaluatiemodules (EVM's).
Geen enkele sensor is een eiland
Het gezegde: “Niemand is een eiland op zich; elke man is een stukje van het continent, een deel van de belangrijkste” komt uit een preek van de zeventiende-eeuwse Engelse dichter, geleerde, soldaat en secretaris John Donne. Door een vreemde speling van het lot geldt hetzelfde voor radarmodules. Hoe indrukwekkend ze ook zijn, ze hebben het vermogen nodig om met de buitenwereld te communiceren om ze heel te maken.
De snelle onbewerkte gegevens die van de radarmodule worden ontvangen, moeten vooraf worden verwerkt en de resultaten daarvan moeten vervolgens in realtime worden verzonden via een Gigabit Ethernet-verbinding om systeemontwerpers en OEM's de mogelijkheid te bieden om snel en eenvoudig algemeen- gebruikte embedded en smart vision-applicaties (beeldverwerking, obstakeldetectie, enz.) in auto-, industriële en andere applicaties.
De mensen van Mistral Solutions hebben een real-time data-capture-adapter gemaakt, de DCA1000EVM genaamd, voor gebruiken met TI's EVM's.
De DCA1000EVM real-time data-capture-adapter (Bron afbeelding: Mistral Solutions)
De DCA1000EVM biedt realtime gegevensregistratie en -streaming voor LVDS- en radargegevens via een Gigabit Ethernet-verbinding via het netwerk naar een host-pc (de gegevensregistratie kan zowel onbewerkte sensorgegevens als header-multimodegegevens verwerken).
FPGA's Ahoy!
Als je goed naar de afbeelding hierboven kijkt, zie je een FPGA van Lattice Semiconductor in het hart van het systeem. In dit geval hebben de ontwerpers van Mistral ervoor gekozen om de energiezuinige ECP5-5G FPGA van Lattice te gebruiken, die is geoptimaliseerd om hoge prestaties te leveren in een kleine vormfactor. De verbeterde DSP-architectuur van de ECP5-5G, high-speed SERDES (Serializer/Deserializer) en high-speed source synchrone input/outputs (I/O's) maken dit een ideale oplossing voor krachtige toepassingen waarbij datalatentie moet worden vermeden.
In het geval van de DCA1000EVM ondersteunt de ECP5-5G het met hoge snelheid vastleggen van gegevens van de radarmodules via een LVDS-interface en biedt een Ethernet MAC met UDP-ondersteuning en een Gigabit Ethernet MAC. In toekomstige implementaties kan de ECP5-5G ook worden gebruikt om extra taken uit te voeren, zoals sensorfusie, en om aanvullende mogelijkheden te implementeren, zoals toepassingen voor kunstmatige intelligentie (AI)/machine learning (ML) aan de rand.
We leven echt in spannende tijden. Ik moet toegeven dat ik verschillende dingen kan bedenken die ik zou kunnen doen met een AWR EVM in combinatie met de real-time data-capture en Gigabit Ethernet geleverd door de DCA1000EVM hier in mijn kantoor. Als ik de leiding zou krijgen over een fabriek, zou ik mijn fantasie de vrije loop laten. En jij? Waartoe zou u in de verleiding kunnen komen met een mmWave-radar?
Kambiz Khalilian
Directeur Strategische Allianties, Lattice Semiconductor
