밀리미터파(mWave) 레이더는 자동차 및 산업 애플리케이션에 사용하는 매우 정확한 감지 기법으로, 거리와 각도, 속도 같이 물체에 대한 통찰력 있는 정보를 제공하여 몇 cm부터 수백 미터 떨어진 물체도 감지할 수 있는 스마트한 감지 솔루션을 실현한다.
일반적으로, 레이더 센서는 레이더 트랜시버, 안테나, 전원 관리 회로, 메모리, 인터페이스 주변장치로 구성된 인쇄회로기판(PCB)에 조립한다. PCB에 배치하는 안테나에는 그림 1과 같은 Rogers R03003과 같은 은색의 라우팅 고주파 기판 재료가 필요하다.
그림 1: PBC에 안테나가 있는 레이더 센서
안테나-온-패키지(AoP) 배치는 고주파 기판 재료에 대한 필요성을 없애서 비용, 제조상의 복잡성을 낮추고, 약 30%의 보드 공간을 줄여준다. TI AoP 기술은 플립 칩 패키지 기술을 이용해 몰드리스 기판에 안테나를 배치한다. 이로써 효율을 떨어뜨리고 스퓨리어스 방사를 일으키는 손실된 몰드 재료에 안테나가 통과하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 다층 기판을 사용하면 보드 크기가 더욱 줄어들며 안테나와 실리콘 다이를 더 쉽게 겹칠 수 있다는 이점이 있다.
TI의 AWR1843AOP 기기는 그림 2와 같이 안테나를 패키지 기판에 직접 통합한다.
그림 2: AoP 기술을 사용한 TI 레이더 센서
AoP 기술을 사용하면 다음과 같은 이점이 있다.
- 눈에 띄게 크기가 작아진 폼 팩터
- 원료 구입에 소요되는(BOM) 비용 절감
- 안테나 성능을 설계, 시뮬레이션 또는 별도로 특성화 할 필요가 없기 때문에, 엔지니어링 비용 절감 및 시장 출시 기간 단축
- 실리콘 다이부터 안테나까지 라우팅을 단축하여 전력 손실 감소
외부 근거리 감지 애플리케이션에 유용한 AoP 기술
자동차 제조업체는 자동차 도어 및 트렁크 자동 개문과 같이 자율 주행을 위한 여러 가지 ADS 기능을 제공하는 방향으로 가고 있다. 이 기능에는 다양한 유형의 물체를 감지해 도어와 트렁크를 열 때 충돌을 피할 수 있는 고해상도 센서가 필요하다.
근거리 감지 애플리케이션용의 AWR1843AOP레이더 센서는 AoP에 통합된 저전력 싱글 칩 솔루션을 사용하여 3차원으로 물체를 감지한다. 고도로 집적된 센서는 도어 핸들, 로커 패널, B 기둥과 같은 공간에 끼울 만큼 작다. 또한 AWR1843AOP는 해상도가 높아서 크기나 형태, 구조와 관계없이 물체를 감지할 수 있다.
여러 개의 고정 물체 감지
AWR1843AOP는 4cm 미만의 해상도를 제공하는 76~81GHz 대역폭에서 작동한다. 넓은 시약각과 높은 해상도가 결합하여 여러 개의 고정 물체를 동시에 감지 및 식별 수 있다. 예를 들어, 그림 3을 보면 AWR1843AOP 평가 키트가 지면에서 43cm 위 자동차 도어에 장착되어 있다. 도어가 열릴 경우 충돌을 일으킬 만한 원뿔형 도로 표지는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에서 빨간색 정육면체로 표시된다. 반면, 센서에서 멀리 떨어진 금속 봉은 도어가 열릴 경우 충돌 구역에서 벗어나 있기 때문에 녹색으로 표시된다.
그림 3: 플라스틱 원뿔(충돌 구역 안에 있음)과 금속 봉(충돌 구역 밖에 있음)의 감지
낮은 높이의 물체 감지
자동차 도어의 장애물 감지 센서에는 센서 높이보다 아래 있는 물체와의 모든 충돌을 방지하기 위해 물체를 3차원으로 “식별할” 수 있는 솔루션이 필요하다. 비행시간(ToF)과 초음파 같은 기타 감지 기술은 센서 높이보다 훨씬 아래나 위에 있는 물체를 감지하지 못할 수 있다. 이러한 솔루션은 특히 볼라드(차도와 인도 경계면의 구조물)와 연석 등 낮은 높이의 물체를 감지하기에는 안정성이 떨어질 수 있다. 카메라 기반 솔루션은 낮은 높이의 물체를 감지할 수 있지만 비나 눈 같이 힘든 기상 상태에서는 안정적이지 못하기도 하다. AWR1843AOP 장치는 낮은 높이의 물체를 감지할 수 있도록 방위각 및 고도 평면을 둘 다 감지한다. mmWave 레이더 센서는 힘든 기상 상태에서도 회복력이 뛰어나다. 그림 4는 AWR1843AOP 평가 모듈(EVM)을 사용하여 낮은 높이의 연석 역할을 하는 콘크리트 블록에 대한 감지를 보여준다.
그림 4: TI의 AWR1843AOP EVM을 사용한 낮은 높이의 연석 감지
최소 표면적의 물체 감지
자전거, 쇼핑 카트 같은 물체는 형태와 구조 때문에 감지하기가 어렵다다. 하지만 높은 해상도와 넓은 시야각을 갖춘 AMW1843AOP는 그림 5와 같이 최소 표면적의 물체를 감지할 수 있다.
그림 5: AWR1843AOP EVM 멀티 모드 기능을 사용하여 최소 표면적의 물체 감지
AWR1843AOP EVM에는 여러 애플리케이션에 동일한 센서를 재구성할 수 있는 멀티 모드의 프로그램 가능 디지털 신호 프로세스가 달려 있다. 예를 들어 AWR1843AOP 장치는 장애물 감지 센서(자동차 도어 자동 개문용)는 물론 사이드뷰 레이더 센서(자동차가 움직이고 있을 때 사각지대의 물체를 감지하는 용도)로 사용할 수 있다. 이러한 멀티 모드 기능을 사용하면 여러 개의 감지 애플리케이션을 구현하더라도 총 시스템 비용을 절감할 수 있다. 그림 6은 도어 장애물 감지 센서를 사용하여 5m 거리에 있는 자전거 운전자를 감지하는 것을 보여주고 있다.
그림 6: 도어 장애물 감지 센서를 사용하여 5m 거리의 자전거 운전자 감지
TI AoP 기술은 도어 핸들 같은 새로운 위치에 유연하게 센서를 배치하는 것을 가능하게 한다. 77GHz의 AWR1843AOP 센서를 사용하면 출시 기간을 단축하고 도어 장애물 감지, 트렁크 장애물 감지, 기본 사각지대 감지, 주차 보조 같은 애플리케이션에 필요한 시스템 수준 비용을 낮출 수 있다.
추가 리소스
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사라 도미니(Sarah Dominey), 텍사스인스트루먼트 제품 마케팅 부문 엔지니어
