Imec demonstrerer lav-effekt 140 GHz CMOS radar

Radarbrikken ble annonsert på International Microwave Symposium i USA denne uken.

I følge Imec er dette et viktig steg i utviklingen av radarbaserte sensorer for en rekke smarte applikasjoner, for eksempel bygningssikkerhet, helseovervåkning av bilførere, pust- og hjertefrekvens hos pasienter, og gestgenkjenning i forbindelse med menneske-maskin-interaksjon.

Radarer er ekstremt lovende som sensorer for kontaktløs, ikke-påtrengende samspill i IoT-applikasjoner som persondeteksjon og klassifisering, vital skiltovervåkning og gest-grensesnitt. En bred adopsjon vil bare være mulig dersom radarer oppnår en høyere oppløsning, blir mye mindre, mer energieffektiv, og billigere å produsere og å kjøpe. Dette er i følge imec målet for forskningen på 140 GHz radarteknologi.

Denne lavenergi 140 GHz radarløsningen består av en proprietær dobbeltantenne SISO (Single Input Single Output) radar transceiver brikke og en frekvensmodulert kontinuerlig bølge, fase-låst sløyfe (FMCW PLL), standard AD-omformere og FPGA og en Matlab-kjede.

Transceiveren har har innebygde antenner som oppnår en forsterkning nær 3 dBi. Radarens lenkebudsjett støttes av senderens effektive isotropisk utstrålte energi (Effective Isotropic Radiated Power – EIRP) som overstiger 9dBm og en støykurve hos mottakeren på under 6,4dB. Det totale strømforbruket for sender og mottaker er under 500mW. Dette kan reduseres ytterligere ved «duty cycling». FMCW PLL muliggjør raske stigninger opp til 500MHz/ms over en 10 GHz båndbredde rundt 140GHz med en hellingslinearitetsfeil under 0,5%, og et effektforbruk på under 50mW. FPGAen inneholder sanntidsimplementering av grunnleggende radarbehandlingsfunksjoner som FFTs (Fast Fourier Transforms) og filtre, og suppleres av en Matlab-kjede for deteksjoner, konstant falsk alarmrate (Constant False Alarm Rate – CFAR), estimering av mottaksretning og andre avanserte radarprosesseringer.

– Med vår prototyperadar har vi demonstrert alle kritiske spesifikasjoner for radarteknologi i 28nm standard CMOS teknologi, sier Wim Van Thillo, IoT programdirektør ved imec. – Vi har kommet langt i å inkorporere flere antennebaner i vår nyeste generasjon, og som vil muliggjøre en vinkeloppløsning på 1,5 cm i en komplett MIMO-radar formfaktor på bare noen få kvadratcentimeter. Vi forventer at denne prototypen er ferdig i laboratoriet innen utgangen av 2018. Da kan våre partnere starte å bygge sine demo-applikasjoner. De første applikasjonene forventes å være persondeteksjon og klassifisering for smarte bygninger, overvåking av vitale tegn hos bilfører (etter hvert som biler utvikler seg til å bli selvkjørende), og gestgjenkjenning for intuitiv interaksjon mellom menneske og maskin. Mange flere innovasjoner vil bli mulig gjennom denne teknologien, når app-utviklere begynner å jobbe med den.

Dette FoU-samarbeidsprogrammet er støttet av Panasonic, og imec inviterer interesserte virksomheter til å bli med på reisen videre.