Интегральные радары от компании Silicon Radar

Для получения высокой степени отражения необходимо использовать высокочастотные электромагнитные волны (десятки и сотни ГГц), но разработка таких высокочастотных устройств является сложной задачей. Компания Silicon Radar предлагает готовые решения в виде интегральных радарных микросхем, таких, например, как TRX_120_001 и TRX_120_002
6714
В избранное

Радары нужны не только для того, чтобы обнаруживать самолеты или морские суда. Они также используются на производстве и в быту, например, для измерения толщины слоя краски, нанесенной на кузов автомобиля, или для исследования формы поверхности различных объектов. Чтобы получить высокую степень отражения, необходимо использовать высокочастотные электромагнитные волны (десятки и сотни ГГц). Очевидно, что разработка высокочастотных устройств является сложной задачей. Компания Silicon Radar предлагает готовые решения в виде интегральных радарных микросхем, таких, например, как TRX_120_001 и TRX_120_002.

Радары являются важным элементом воздушной и морской навигации. Однако их также используют и в промышленных и бытовых целях, например, в качестве датчиков приближения, дальномеров, измерителей толщины слоев и т. д.

Радары используют свойство объектов отражать высокочастотные электромагнитные волны (рис. 1). Принцип работы радара достаточно прост. Сначала передатчик посылает в пространство прямой высокочастотный сигнал (десятки и сотни ГГц). Сигнал, отражаясь от объекта, возвращается обратно к радару. Приемник, входящий в состав радара, фиксирует отраженный сигнал. Зная время пролета прямого и отраженного сигнала, можно определить расстояние до объекта.

Радары используют свойство объектов отражать высокочастотные электромагнитные волны

Рис. 1. Радары используют свойство объектов отражать высокочастотные электромагнитные волны

Сигналы, испускаемые радарами, могут быть импульсными и непрерывными. CW-радары (continuous wave mode) используют непрерывный сигнал постоянной частоты. Для прецизионных измерений чаще применяются FMCW-радары, в которых сигнал модулируется по частоте. Модуляция частоты в FMCW-радарах, как правило, имеет линейный характер (рис. 2). Сигнал, отраженный от объекта и принятый приемником, оказывается сдвинут относительно исходного сигнала как по времени, так и по частоте, что обеспечивает повышенную точность измерения расстояния.

Линейное изменение частоты в FMCW-радарах

Рис. 2. Линейное изменение частоты в FMCW-радарах

В реальных приложениях объекты имеют сложную форму и неоднородную структуру, что неизбежно приводит к появлению различных переотражений. В результате приемник фиксирует множество отраженных сигналов, накладывающихся друг на друга, что, конечно же, усложняет процесс измерений. Для обработки таких сигналов необходим частотный анализ, который обычно выполняется с помощью цифровых процессоров и методов ЦОС.

Из-за неоднородности объектов возникает множество отраженных сигналов, накладывающихся друг на друга

Рис. 3. Из-за неоднородности объектов возникает множество отраженных сигналов, накладывающихся друг на друга

Таким образом, для создания радара нужно решить целый ряд аппаратных и программных задач. Наибольшую сложность при этом будет иметь именно реализация высокочастотной схемы и печатной платы. Для этой цели потребуются высококлассные разработчики и существенные денежные вложения. Однако уже сейчас существуют решения, позволяющие упростить жизнь разработчиков. Речь, например, идет о готовых интегральных радарных микросхемах TRX_120_001 и TRX_120_002 от компании Silicon Radar (рис. 4). Эти микросхемы содержат наиболее сложные элементы схемы, в том числе приемник, передатчик, частотный генератор и усилители.

Внешний вид микросхем TRX_120_001 (сверху) и TRX_120_002 (снизу)

Рис. 4. Внешний вид микросхем TRX_120_001 (сверху) и TRX_120_002 (снизу)

Микросхемы TRX_120_001 и TRX_120_002 представляют собой интегральные приемопередатчики, произведенные по кремниево-германиевой BiCMOS-технологии SG13S от IHP GmbH. Оба трансивера имеют рабочую частоту излучения 120 ГГц. Они способны работать в режиме CW, а также в режиме FMCW с шириной модуляции сигнала 7 ГГЦ.

Как уже было сказано выше, TRX_120_001 и TRX_120_002 существенно упрощают проектирование, так как уже содержат в своем составе наиболее высокочастотные элементы схемы (рис. 5): малошумящие усилители (LNA), квадратурные микшеры, полифазные фильтры, управляемый напряжением VCO-генератор, делитель 1/32, приемную и передающую антенну. Отраженный от объекта сигнал проходит через буфер, усиливается с помощью LNA и суммируется с настраиваемым аналоговым ВЧ-сигналом с помощью микшера. Настройка аналогового ВЧ-сигнала производится посредством четырех аналоговых входов.

Структурная схема микросхем TRX_120_001 и TRX_120_002

Рис. 5. Структурная схема микросхем TRX_120_001 и TRX_120_002

Аналоговые входы, делитель и внешняя схема ФАПЧ, позволяют микросхемам работать в режиме FMCW. Если используется сигнал с фиксированной частотой, то микросхема работает в режиме CW. Типовая схема включения TRX_120_001 и TRX_120_002 представлена на рис. 6. По задумке инженеров Silicon Radar почти все ВЧ-сигналы остаются спрятанными внутри микросхемы приемопередатчиков, и разработчикам придется иметь дело с сигналами частотой не более 2 ГГЦ, а это значит, что для радара можно использовать печатные платы из привычного стеклотекстолита FR4.

Типовая схема включения

Рис. 6. Типовая схема включения

Одним из целевых приложений для микросхем TRX_120_001 и TRX_120_002 являются портативные приборы с аккумуляторным питанием. Очевидно, что для таких устройств требуется обеспечить минимальный уровень потребления. В рабочем режиме микросхемы TRX_120_001 и TRX_120_002 имеют типовое потребление около 112 мА и 128 мА, соответственно. Для уменьшения среднего тока и увеличения срока службы аккумуляторов рекомендуется использовать импульсный режим с коммутацией питания микросхем. Это вполне приемлемый вариант, так как время пробуждения для TRX_120_001 и TRX_120_002 составляет 10…100 мкс. При этом следует учитывать важную особенность: запрещается подавать напряжение на выводы микросхем до подачи питания. Стоит также отметить, что потребление слабо зависит от температуры (рис. 7).

Потребление микросхемы TRX_120_001

Рис. 7. Потребление микросхемы TRX_120_001

Приемопередатчики TRX_120_001 и TRX_120_002 ориентированы на достижение высокой точности при измерении расстояний и скорости движения объектов. Поэтому радиус их действия по умолчанию составляет «всего» 10 метров. При добавлении внешних линз дальность действия может быть увеличена до 100 м. При построении датчиков также следует учитывать направленность радарных микросхем. Диаграмма направленности TRX_120_001 представлена на рис. 8.

Диаграмма направленности TRX_120_001

Рис. 8. Диаграмма направленности TRX_120_001

На рис. 9 представлены частотные характеристики приемника и передатчика TRX_120_001.

Частотная характеристика TRX_120_001

Рис. 9. Частотная характеристика TRX_120_001

Чтобы максимально быстро ознакомиться с особенностями трансиверов, компания Silicon Radar предлагает использовать отладочные наборы: SiRad Easy® Evaluation Kit и SiRad Simple® Evaluation Kit.

Набор SiRad Easy® Evaluation Kit включает следующий набор элементов: две платы радаров 24 ГГц и 120 ГГц, материнскую плату с Wi-Fi, линзу (для радара 120 ГГц) и плату Nucleo64 от ST Microelectronics (рис. 10). Использование популярных плат Nucleo64 с микроконтроллерами STM32 должно обеспечить простой и быстрый доступ к радарными микросхемам широкому кругу разработчиков. Отладочный набор предполагает не только проводную связь с ПК, но и обмен данными по WiFi.

Отладочный набор SiRad Easy® Evaluation Kit поставляется с двумя типами радаров: 24 ГГц (слева) и 122 ГГц (справа)

Рис. 10. Отладочный набор SiRad Easy® Evaluation Kit поставляется с двумя типами радаров: 24 ГГц (слева) и 122 ГГц (справа)

В нашем случае для работы с 120 ГГц радарами будет использоваться конфигурация, представленная на рисунке 11. Подробную инструкцию по монтажу плат и установке ПО можно найти в подробном руководстве пользователя.

Конфигурация отладочного набора SiRad Easy® Evaluation Kit для радаров 122 ГГц

Рис. 11. Конфигурация отладочного набора SiRad Easy® Evaluation Kit для радаров 122 ГГц

Если разработчик ориентируется на другой тип контроллеров, то для него более подходящим будет набор SiRad Simple® Evaluation Kit, который включает только плату радара и линзу (рис. 12).

Отладочный набор SiRad Simple® Evaluation Kit

Рис. 12. Отладочный набор SiRad Simple® Evaluation Kit

Стоит отметить, что в комплекте с отладочными наборами идет прикладное ПО с графическим интерфейсом, которое делает взаимодействие с радаром максимально наглядным и простым.

Характеристики микросхемы радара TRX_120_001:

  • Рабочая частота: 120 ГГц;
  • Диапазон подстройки частоты: 119,1…125,9 ГГц;
  • Режим работы: FMCW / CW;
  • Технология производства: SG13S SiGe BiCMOS;
  • Напряжение питания: 3,3 В;
  • Потребление: 112 мА (типовое);
  • Диапазон рабочих температур: -40…85 °С;
  • Корпус: QFN56 8 х 8 мм.

О компании:

Silicon Radar GmbH – немецкая компания-производитель радарных микросхем со штаб-квартирой во Франкфурте-на-Одере. Фирма занимается разработкой и производством серийных и заказных радарных микросхем. Компания была основана в 2006 г. Производство первой серийной микросхемы радара 24 Гц было начато в 2014 году.

Производитель: Silicon Radar GmbH
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TRX_120_001
TRX_120_001
Silicon Radar GmbH
Арт.: 3421229 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Интегральный приемопередатчик, произведенный по кремниево-германиевой BiCMOS-технологии SG13S от IHP. Рабочая частота излучения 120 ГГц.
TRX_120_001
-
Поиск
предложений
TRX_120_002
TRX_120_002
Silicon Radar GmbH
Арт.: 3421230 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Интегральный приемопередатчик, произведенный по кремниево-германиевой BiCMOS-технологии SG13S от IHP. Рабочая частота излучения 120 ГГц.
TRX_120_002
-
Поиск
предложений
EVALKIT SiRad Easy
EVALKIT SiRad Easy
Silicon Radar GmbH
Арт.: 3421231 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Набор SiRad Easy Evaluation Kit включает: две платы радаров 24 ГГц и 120 ГГц, материнскую плату с Wi-Fi, линзу (для радара 120 ГГц) и плату Nucleo64 от ST Microelectronics.
EVALKIT SiRad Easy
-
Поиск
предложений
EVALKIT SiRad Simple
EVALKIT SiRad Simple
Silicon Radar GmbH
Арт.: 3421232 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Набор SiRad Simple Evaluation Kit включает только плату радара и линзу.
EVALKIT SiRad Simple
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()