Hace una década, era difícil imaginar que los autos autónomos fueran algo factible en un futuro cercano. Debemos muchos avances en la conducción autónoma a tecnologías como el radar, que están creando una revolución en la industria automotriz.
Pero el radar es una tecnología versátil con casos de uso más allá de la industria automotriz. Por ejemplo, los avances en los sistemas de radar pueden monitorear activamente la salud de los pacientes sin incorporar dispositivos en el cuerpo humano. Estos dispositivos también reducen las preocupaciones sobre la privacidad al tiempo que garantizan una respuesta rápida en caso de emergencia.

¿Qué es un radar en chip?

Tradicionalmente, el uso de radares se limitaba a fines militares. Sin embargo, con los avances en la fabricación de tecnologías de semiconductores (CMOS, BiCMOS), se ha hecho posible fabricar radar en chip.
Hoy en día, el radar en chip está muy presente en el mercado de consumo. Las señales de radar pueden "ver" objetos detrás de paredes a kilómetros de distancia y crear imágenes del interior del cuerpo humano.
La primera generación de radar en chip incluía un amplificador de bajo ruido (LNA), un mezclador resistivo balanceado doble, un oscilador controlado por voltaje (VCO) y un amplificador de búfer balun activo. En la siguiente figura, el chipset utiliza una arquitectura de receptor en cuadratura.


Uno de los primeros chips de sensores de radar de onda continua de Bell Lab. Imagen utilizada por cortesía de Changzhi Li et. Alabama

Desde entonces, se han propuesto, desarrollado y comercializado varias arquitecturas para crear chips de sensores de radar totalmente integrados.

Sistemas de radar

Un sistema de radar generalmente consta de un transceptor de radar, una antena y un circuito para procesar / extraer información de las señales de radar. El transceptor de radar incluye el sintetizador de señal, el amplificador de potencia (PA), el amplificador de bajo ruido (LNA), el mezclador y los circuitos de banda base.
Un radar moderno tiene todos los circuitos clave integrados en un solo chip o PCB. Debido al pequeño tamaño de la función, se pueden implementar varias aplicaciones de consumo en un solo chip utilizando sofisticados circuitos integrados de procesamiento y control de señales.
En comparación con las tecnologías basadas en cámaras, los sistemas de radar pueden obtener fácilmente el alcance, la velocidad y el ángulo de un objetivo sin verse afectados por condiciones climáticas extremas. En conjunto, esto ha permitido el uso masivo de radares en automóviles autónomos, dispositivos de monitoreo de atención médica y aplicaciones de IoT.

Sistema de micro-radar de 60 GHz en paquete
Sistema de micro-radar de 60 GHz en paquete. Imagen utilizada por cortesía de Te-Yu Kao

Los sistemas de radar se pueden clasificar en dos categorías, según el tipo de señales transmitidas: radar de onda continua (CW) y radar de pulso.
Ambos tipos de radar tienen varias subcategorías. Por ejemplo, el radar CW de tono único, el radar FMCW y el radar FSK son tipos de radar CW. A frecuencias más altas de señales transmitidas, la sensibilidad y resolución de detección de un radar mejoran; esta es la razón por la que los chips de radar FMCW en el rango de ondas milimétricas se han vuelto muy populares para la seguridad vial.

Chips de radar en aplicaciones automotrices
Las capacidades del sistema de radar se amplían continuamente mediante técnicas de matriz en fase, formación de haz digital y múltiples entradas y salidas múltiples (MIMO).

Radar y formación de haces
Por ejemplo, el Tesla Model 3 usa un radar (Continental ARS4-A) y tiene capacidad de formación de haz digital, escaneando distancias cortas y lejanas. Se utiliza para enviar advertencias de colisión, asistencia de frenado de emergencia, mitigación de colisiones o control de crucero adaptativo (ACC).
Dos empresas, RFISee y Vayyar, ofrecen productos prometedores que utilizan técnicas phased array y MIMO, respectivamente, junto con sistemas de radar.

Tecnología de radar y Phased-Array
RFISee ha lanzado el primer radar en un chip de imágenes 4D de matriz en fase de la industria. El sensor de radar de alta resolución y bajo costo puede generar una ubicación en 3D en tiempo real y un mapa de velocidad de los objetos circundantes de un automóvil.
Debido a que la matriz en fase es una tecnología costosa, su adopción en la industria automotriz ha sido una preocupación, razón por la cual el uso de radar se limitó inicialmente a sistemas militares avanzados como los aviones de combate F-35. Con la solución de radar en chip de RFISee, los receptores aseguran una imagen de radar muy mejorada, una mejor relación señal / ruido y un rango de detección de obstáculos como automóviles y peatones que, según Vayyar, es seis veces más amplio en comparación con los radares existentes. .
Los prototipos del radar de RFISee están siendo evaluados por los principales fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción y Tier-1, dice la compañía.

El VYYR2401A1 IC
El VYYR2401A1 IC. Imagen utilizada cortesía de Vayyar

Tecnología Radar y MIMO
Otra startup de Israel, Vayyar, ha desarrollado recientemente chips de radar de grado automotriz basados ​​en tecnología MIMO. El chip cubre bandas de imágenes y radar de 3 GHz a 81 GHz con 72 transmisores y 72 receptores. Mejorado por un DSP integrado de alto rendimiento con gran memoria interna, el sensor de Vayyar ejecuta complejos algoritmos de imágenes sin necesidad de una CPU externa.
Vayyar también produce soluciones de imágenes basadas en radar para aplicaciones como hogares inteligentes y robótica. En comparación, el sistema de radar basado en matriz en fase de RFISee está dirigido específicamente a aplicaciones automotrices.

Chips de radar para dispositivos biomédicos
En aplicaciones médicas, los radares pueden detectar pequeñas discontinuidades dieléctricas dentro del cuerpo humano y pequeños movimientos de órganos. Esto permite que los sistemas de radar identifiquen muchas condiciones de salud, incluidos tumores y condiciones cardiorrespiratorias. Una alternativa prometedora a la detección del cáncer de mama es el radar UWB en lugar de los rayos X.
Otra aplicación importante del radar en dispositivos biomédicos es el monitoreo de la salud sin contacto. El radar se utiliza para transmitir una señal de RF a una persona y recibe el eco reflejado, que detecta la velocidad y la distancia absoluta de la persona.
Esta aplicación es útil cuando una persona se cae y no puede pedir asistencia de emergencia por teléfono o un botón de llamada. En estas situaciones, un dispositivo que pueda detectar la caída y solicitar atención médica puede salvar la vida.

Módulo de radar de 60 GHz de bajo consumo de Imec
Módulo de radar de 60 GHz de Imec. Imagen utilizada cortesía de Imec

La semana pasada en IEEE RFIC, investigadores de Imec presentaron un sistema de radar de 60 GHz compacto y energéticamente eficiente que se puede integrar en dispositivos de salud inteligentes como teléfonos inteligentes, sistemas de monitoreo de salud o dispositivos portátiles.
"El radar permite que estos dispositivos detecten su entorno, lo que determinará la forma en que controlamos y usamos estos dispositivos", dice Barend van Liempd, gerente de programa de tecnología de radar en Imec. "Por ejemplo, un teléfono con radar integrado en su La mesita de noche puede controlar la calidad del sueño mediante el seguimiento sin contacto de la frecuencia respiratoria y la variabilidad de la frecuencia cardíaca ”, explica.

¿Qué hay en el futuro para los chips de radar?

Los chips de radar han encontrado una base sólida en la industria automotriz y están disponibles en una gran cantidad de dispositivos de consumo a bajo costo. Varios fabricantes de automóviles están empleando radares en su propia tecnología ADAS. El máximo beneficio aquí es la seguridad pública en las carreteras.
El auge de los chips de radar en los dispositivos biomédicos, por el contrario, permanece distante. Ciertas organizaciones han encontrado un buen uso de los sensores de radar para monitorear la ocupación de edificios durante COVID-19. Los sistemas de radar en estos edificios inteligentes pueden medir la ocupación de la habitación para el distanciamiento social e incluso monitorear los latidos del corazón y la temperatura de las personas para detectar infecciones.
Teniendo en cuenta el brote de COVID-19 donde el mundo no tenía la infraestructura para controlar eficazmente la propagación de enfermedades, tecnologías como los sistemas de radar pueden producir inmensos beneficios en dispositivos biomédicos en el futuro.

Dejar respuesta

Please enter your comment!
Please enter your name here