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傳感技術(shù)讓許多公司有了提升現(xiàn)有產(chǎn)品功能的機(jī)會(huì)。例如，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，Omdia預(yù)測(cè)，在2020年到2024年期間傳感器出貨量將增加近200億個(gè)，其中雷達(dá)傳感器的年復(fù)合增長(zhǎng)率大概會(huì)達(dá)到30%。
鑒于TI毫米波雷達(dá)擁有諸多優(yōu)勢(shì)，包括能夠在惡劣的條件下運(yùn)行、保護(hù)隱私并提供高分辨率的距離、速度和角度信息，其關(guān)注度和使用率日漸增長(zhǎng)。
在本文中，我們將提供一些毫米波雷達(dá)傳感解決方案優(yōu)化成本的見解，分享新產(chǎn)品創(chuàng)意的真實(shí)案例，并探索實(shí)際的電路板設(shè)計(jì)以加快開發(fā)速度。
對(duì)于已經(jīng)采用毫米波雷達(dá)的系統(tǒng)，所節(jié)省的成本可以用來(lái)提供頗具競(jìng)爭(zhēng)力的全新價(jià)格，借此彌補(bǔ)產(chǎn)品系列的空缺或?yàn)榭蛻籼峁┬碌那腥朦c(diǎn)。低成本解決方案還可以幫助印證添加傳感功能以提供新功能、便利性及市場(chǎng)吸引力的合理性。樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域便很好地印證了這些可能性。
降低毫米波雷達(dá)成本
零售商店自動(dòng)門供應(yīng)商可以推出價(jià)格更實(shí)惠的自動(dòng)門來(lái)形成低成本切入點(diǎn)，這樣可以吸引新客戶，并留存老客戶。成本較低的毫米波解決方案可以通過(guò)感知人的存在和方位來(lái)確定自動(dòng)門是否應(yīng)該打開或關(guān)閉，這有助于進(jìn)行自動(dòng)門功能擴(kuò)展。此附加功能可以降低樓宇供熱和降溫成本并減少自動(dòng)門的整體機(jī)械磨損。
說(shuō)到降低成本，決策通常都非常容易。然而，與許多決策一樣，在滿足整體產(chǎn)品要求和降低相關(guān)成本之間需要權(quán)衡取舍。
典型影響毫米波雷達(dá)電路板成本的三個(gè)主要方面是：
- PCB基板材料和制造成本
- 電子物料清單(eBOM)
讓我們了解一下這些方面，以及在開發(fā)基于TI IWR6843ABGABL傳感器的毫米波雷達(dá)電路板時(shí)要考慮的“節(jié)省”背后的一些概念。
簡(jiǎn)化PCB設(shè)計(jì)
從PCB設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，目標(biāo)是避免高密度互連設(shè)計(jì)并降低復(fù)雜性，從而降低電路板制造成本。這可以通過(guò)在焊板上用過(guò)孔代替微孔以及避免過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)電路板的整體設(shè)計(jì)，您可能會(huì)節(jié)約一筆可觀的成本，但是您必須在這些成本節(jié)約與可能的整體尺寸增加之間進(jìn)行權(quán)衡。例如，我們?cè)谶@方面的研究表明大概可以節(jié)省40%的成本，而電路板面積增加可忽略不計(jì)。
PCB材料選擇
許多產(chǎn)品經(jīng)理和工程團(tuán)隊(duì)都希望在雷達(dá)電路板上使用專業(yè)的Rogers層壓板，起碼確保在天線層使用。根據(jù)TI實(shí)驗(yàn)，我們的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在天線層使用成本較低的Isola FR408HR層壓板，實(shí)際探測(cè)距離還是可以接受的。您必須兼顧整體性能和系統(tǒng)要求，這個(gè)探測(cè)距離對(duì)于典型毫米波系統(tǒng)來(lái)說(shuō)還是比較合理的。如圖1所示，采用FR4電路板對(duì)最大往返增益會(huì)有所影響。
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圖1：FR4和Rogers電路板比較
點(diǎn)擊此處，詳細(xì)了解天線輻射圖及材料。
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如圖2所示，這一增益差異會(huì)導(dǎo)致探測(cè)距離略有縮短，但可以說(shuō)仍在典型毫米波系統(tǒng)的合理性能預(yù)期范圍內(nèi)。
例如，如圖2所示，最左側(cè)圖像表示使用Rogers電路板可以檢測(cè)到20m遠(yuǎn)的目標(biāo)。在線性調(diào)頻脈沖配置相同的情況下，使用FR4電路板時(shí)，由于存在~8dB的增益損耗，探測(cè)距離大約會(huì)縮短至Rogers電路板的~60%。
在相同條件下，我們可以通過(guò)增加線性調(diào)頻脈沖的數(shù)量和相干信噪比來(lái)增加探測(cè)距離。這個(gè)方法對(duì)于Rogers和FR4都適用。然而，仍然需要進(jìn)行權(quán)衡，例如，如圖2的中間及最右側(cè)圖像所示，增加線性調(diào)頻脈沖數(shù)量后，功耗也會(huì)隨之升高。我們不能通過(guò)無(wú)限增加線性調(diào)頻脈沖數(shù)量來(lái)提升信噪比，因?yàn)槌斯β手膺€需要權(quán)衡其他事項(xiàng)，例如硬件支持的有限的片上存儲(chǔ)器、有效的處理能力和刷新率。
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圖2：Rogers與FR4探測(cè)距離
與Rogers RO4835層壓板相比，Isola FR408HR可大幅降低成本（大概 30%）。除此之外，PCB制造公司更熟悉FR4，這些材料更容易獲得。當(dāng)使用聲譽(yù)卓越且經(jīng)驗(yàn)豐富的合作伙伴和供應(yīng)商時(shí)，這份熟悉度和FR408HR各自會(huì)進(jìn)一步幫助降低制造成本。
縮減eBOM
雷達(dá)電路板最后考慮節(jié)約成本的地方是BOM。由于降低成本是主要目標(biāo)，因此開發(fā)人員應(yīng)該以此為重點(diǎn)來(lái)完成分析。在TI，我們發(fā)現(xiàn)使用分立式直流/直流轉(zhuǎn)換器是一種更具成本效益的方式，尤其是對(duì)于非安全應(yīng)用中采用IWR6843AQGABL雷達(dá)傳感器電路板的電源子系統(tǒng)。在IWR6843LEVM設(shè)計(jì)中，我們使用了以下直流/直流器件：TPS628502HQDRLRQ1、TPS6285020MQDRLRQ1、TPS6285018AQDRLRQ1 和 TPS628503QDRLRQ1。這些都是固定輸出電壓器件，成本非常低。也可以考慮將與 TPS628501、TPS628502和TPS628503同一系列的可調(diào)電壓型號(hào)用于電源管理，從而提供設(shè)計(jì)靈活性并提供更多庫(kù)存管理選項(xiàng)。當(dāng)用于非汽車類應(yīng)用時(shí)，該選擇較電源管理集成電路(PMIC)替代解決方案可以節(jié)省大概10%的總成本。以降低成本為主要目標(biāo)，在選擇直流/直流解決方案時(shí)還應(yīng)考慮對(duì)電壓監(jiān)控和功能安全的要求。
總體而言，基于IWR6843AQGABL，我們實(shí)現(xiàn)了節(jié)約大概10%的成本和電路板面積。
結(jié)語(yǔ)
從電路板PCB設(shè)計(jì)、PCB材料和eBOM中節(jié)省的成本可以在擴(kuò)展當(dāng)前產(chǎn)品系列的同時(shí)開辟新的產(chǎn)品機(jī)會(huì)。適用的市場(chǎng)包括樓宇自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和機(jī)器人；與這些市場(chǎng)相關(guān)的產(chǎn)品包括割草機(jī)、低成本壁掛式空調(diào)裝置和低成本自動(dòng)照明系統(tǒng)等。用戶可以通過(guò)全新的IWR6843LEVM評(píng)估模塊來(lái)評(píng)估這些節(jié)約點(diǎn)。
現(xiàn)有毫米波SDK可支持IWR6843LEVM。
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