感測為公司提供擴增現有產品功能的機會。例如，對於物聯網領域，Omdia 預測，從 2020 年到 2024 年，感測器出貨量將增加將近 200 億台，其中雷達感測的年複合成長率大約為 30%。
由於 TI 毫米波雷達展現許多優勢，包括在極具挑戰性的條件下運作的能力，TI 所引發的興趣愈來愈多，而且使用量愈來愈大，另外可以避免隱私疑慮，並提供高解析度範圍、速度和角度資訊。
本文將剖析優化與毫米波雷達感測解決方案有關的成本、分享新產品創意的真實範例，並探索有助於加速開發的實際電路板設計。
對於已經採用毫米波雷達的系統，降低成本有助於產品組合達到新的價格點或為客戶提供新的進入點。低成本解決方案也有助於證明增加感測能力提供新功能、便利性和市場吸引力有其合理性。建築自動化空間就是這些可能性的實例。
藉由毫米波雷達降低成本
零售商店的自動門供應商可以提供更低廉的自動門形成降低成本的進入點，藉此吸引新客戶並證明現有客戶的增加採購有其合理性。成本較低的毫米波解決方案可以透過感應方向並偵測是否有人來確定自動門是否應該開啟或關閉，充分證明自動門功能擴展的合理性。這種額外的能力可以減少建築物的暖氣和冷氣成本以及自動門的整體機械磨損。
在降低成本方面，通常很容易就能做出決定。不過，和許多決定一樣，在滿足整體產品要求和降低相關成本之間需要權衡取捨。
毫米波雷達板成本的三個主要方面是：
- 印刷電路板 (PCB) 設計
- PCB 基板材料和製造成本
- 電子材料清單 ( eBOM)
下文將探討這些方面以及在開發以 TI 的 IWR6843ABGABL 感測器為基礎的毫米波雷達板時需要考量如何降低成本的概念。
簡化 PCB 設計
從 PCB 設計的角度來看，目標是避免高密度互連設計並降低複雜性，藉此降低電路板製造成本。這一點可以透過以導孔取代微孔並避免焊盤上的導孔來達成。按照電路板的整體設計，您可能會感受到相當可觀的節省程度，不過，您必須在這些節省與整體尺寸的潛在增加之間權衡取捨。例如，我們在這方面的努力顯示成本節省大約 40%，而電路板面積的增加微乎其微，甚至毫無增加。
選擇 PCB 材料
許多產品經理和工程團隊希望對於雷達板使用專用的 Rogers 層壓板，藉此至少支援天線層。根據 TI 的實驗，我們的經驗資料顯示，對於天線層使用成本較低的 Isola FR408HR 層壓板將在實際範圍內獲得可接受的結果。您必須考量與系統要求有關的整體性能，不過，這個範圍在典型毫米波雷達系統的環境中尚屬合理。如圖 1 所示，最大往返增益由於 FR4 基板而受影響。
圖 1：FR4 和 Rogers 基板的比較
可以在此處找到天線輻射模式和材料的詳細資訊。
這種增益差異導致範圍稍微減小，如圖 2 所示，不過可以說仍在典型毫米波系統的合理性能預期範圍內。
例如，如圖 2 所示，最左邊的圖表示使用 Rogers 基板偵測 20 公尺範圍內的目標。對於相同的線性變頻配置並使用 FR4 基板，由於出現大約 8dB 的損耗，近似距離將減少到 Rogers 基板的大約 60%。
在相同條件下，我們可以透過連貫組合的方式增加線性變頻和可用 SNR 的數量來擴展範圍。這種做法適用於 Rogers 和 FR4。不過，有一些權衡取捨需要考量，增加線性變頻的數量會造成功耗增加，如圖 2 的中間和最右邊的圖所示。我們不可能無限制增加線性變頻的數量來改善 SNR，因為除了功率之外仍需要考量其他因素，例如有限的晶片內建記憶體、可用的處理能力和硬體支援的重新整理速率。
圖 2：Rogers 和 FR4 範圍的比較
除了 Isola FR408HR 比 Rogers RO4835 層壓板更節省成本 (大約 30%)，PCB 製造公司也更熟悉 FR4，而且這些材料更容易獲得。與發展成熟而且經驗豐富的合作夥伴和供應商合作時，熟悉度和 FR408HR 更有助於進一步降低製造成本。
縮減 eBOM
考量雷達板的最終成本方面是 BOM。由於降低成本是主要目標，因此開發人員應該謹記這個重點完成分析。TI 發現使用離散式 DC-DC 轉換器是更符合成本效益的做法，對於專為 IWR6843AQGABL 雷達感測器基板採用電源子系統的非安全應用尤其如此。在 IWR6843LEVM 設計中，我們使用下列 DC-DC 裝置：TPS628502HQDRLRQ1、TPS6285020MQDRLRQ1、TPS6285018AQDRLRQ1 和 TPS628503QDRLRQ1。這些是固定輸出電壓零件，成本最低。對於電源管理也值得考量同一系列 TPS628501、TPS628502、TPS628503 的可調電壓產品，藉此達到設計彈性和更大的庫存管理選擇。有非汽車選擇可供使用時，相較於替代性電源管理積體電路 (PMIC) 解決方案，這種選擇可節省大約 10% 的總成本。若以降低成本為主要目標，在選擇 DC-DC 解決方案時也應該考量關於電壓監控和功能安全的要求。
整體而言，與 IWR6843AQGABL 支援子系統有關的成本和面積總共節省大約 10%。
結論
從電路板的 PCB 設計、PCB 材料和 eBOM 節省的成本有助於開拓推出新產品的機會，同時擴展目前的產品供應。適用市場包括建築自動化、工廠自動化和機器人技術；與這些市場有關的實例包括割草機、低成本的壁掛式空調裝置，以及低成本的自動照明系統。這些節省效益以新款 IWR6843LEVM 開發板為依據。
目前的 毫米波 SDK。 完全支援 IWR6843LEVM
其他資源：
- 參考 工業毫米波雷達感測器
- 關於展示、實驗室、應用和原始碼，請參考毫米波感測器的工業工具箱
