Di bawah tenda: radar pencitraan 4D dari Vayyar

Saat ini, radar bahkan digunakan dalam produk konsumen, dan karyawan System Plus Consulting tertarik dengan penerapannya. Sebuah perusahaan teknologi dan analisis biaya telah memutuskan untuk membongkar dan memeriksa chip radar, tetapi yang mana? Sistem RF generasi pertama dari Vayyar dipilih sebagai perangkat analisis karena beberapa alasan.



Pertama, analis di System Plus Consulting bertanya-tanya bagaimana Vayyar dapat mengembangkan sistem RF chip tunggal yang sangat terintegrasi pada sebuah chip. Para ahli pun penasaran dengan fakta bahwa perangkat ini dapat membuat gambar 4D beresolusi tinggi.



Sebelumnya, pasar radar tumbuh sangat lambat, dan sensornya sendiri digunakan di industri yang sangat matang (seperti militer). Sekarang keadaan telah berubah secara signifikan. Radar (terutama yang dapat membentuk gambar) mendapat perhatian lebih dari Kardashian. Aplikasi otomotif dan konsumen memicu imajinasi para insinyur, dengan hasil bahwa jumlah perangkat baru dan aplikasinya bertambah dalam dua digit.







Meski radar tetap penting untuk pangkalan militer dan kapal induk, mereka juga dikerahkan secara massal di rumah pintar, mobil keluarga, dan bahkan ponsel pintar. Dalam aplikasi otomotif, Tier-1 dan OEM sekarang sedang mengerjakan radar pencitraan untuk ADAS dan deteksi aktivitas di dalam kabin.



Perusahaan radar juga memantau fungsionalitas ponsel cerdas. Jadi, misalnya, inti dari kolaborasi antara Infineon dan Google (yang diumumkan tahun lalu) adalah pengenalan teknologi kontrol gerakan di Google Pixel 4 - fitur ini didasarkan pada pengembangan radar Infineon. Meskipun belum jelas apakah radar akan digunakan di semua ponsel, cakupan sensor ini berkembang secara signifikan.



Vayyar telah mengembangkan chip RF sendiri sebagai bagian dari lini produk Walabot. Sistem pemantauan jatuh Walbot Home memungkinkan anggota keluarga dan pengasuh untuk melacak kerabat lanjut usia yang mungkin memiliki masalah stabilitas.







Sistem berbasis radar dapat mengenali orang melalui dinding dan tirai. Salah satu keunggulan teknologi ini adalah orang yang diawasi tidak perlu membawa perangkat wearable apa pun.



Para ahli dari System Plus Consulting (bagian dari grup Yole Développement) tertarik dengan chip Vayyar, yang menganalisis berbagai sinyal yang diterima dari transceiver terintegrasi dan memprosesnya menggunakan prosesor sinyal digital.



Ketika kami berbicara dengan Stephan Elizabeth, pakar analisis biaya di System Plus Consulting, dia menjelaskan kepada kami bahwa Vayyar mampu merancang papan kecil yang menampung sistem RF pada sebuah chip dan mikrokontroler. Pengaturan ini memungkinkan perangkat ini bekerja dengan prosesor eksternal yang dipasang oleh vendor sistem.







Chip Vayyar generasi pertama yang dimaksud didasarkan pada chip RF yang beroperasi pada frekuensi dari 3 hingga 10 GHz. Mempertimbangkan pembatasan rentang frekuensi yang berlaku di berbagai negara, Vayyar telah mengembangkan perangkat yang beroperasi pada rentang 57 hingga 64 GHz, sehingga memberikan bandwidth maksimum dan spektrum resolusi tinggi. Juga di baris itu ada perangkat yang beroperasi di kisaran 77 hingga 81 GHz.



Menurut System Plus Consulting, RF system-on-a-chip dilengkapi dengan "prosesor sinyal tertanam dengan banyak SRAM di die transceiver." Sistem RF mengirimkan data ke mikrokontroler yang terletak di papan Walabot. "Mikrokontroler hanya mengubah data dari SRAM menjadi aliran data untuk antarmuka USB." Langkah ini sangat penting karena membuat sistem Vayyar serbaguna dan fleksibel, yang memungkinkannya digunakan dengan prosesor atau prosesor eksternal yang dipilih oleh pengembang perangkat tertentu. Tidak masalah apakah itu prosesor Qualcomm Snapdragon atau prosesor untuk beberapa aplikasi lain. Selain itu, chip dari Vayyar dapat mengimplementasikan algoritma visualisasi yang kompleks (jika perlu).

Di luar Rumah Walabot

Selain mengimplementasikan Walabot Home, Vayyar juga merambah pasar otomotif. Dua tahun lalu, Vayyar bermitra dengan Valeo, pemasok Tier-1 terkemuka. Di saat yang sama, Valeo mengumumkan rencana penggunaan sensor Vayyar untuk memantau pernapasan bayi dan mengaktifkan alarm jika terjadi keadaan darurat (terutama jika bayi ditinggal sendirian di dalam mobil).



November lalu, Vayyar berhasil mengumpulkan $ 109 juta dalam investasi di Putaran D Koch Disruptive Technologies (KDT), anak perusahaan investasi Koch Industries multinasional Amerika. Menarik KDT sebagai investor strategis sangat penting karena Koch dan anak perusahaannya berpotensi membawa sensor Vayyar ke segmen pasar yang berbeda.

Sistem Rumah Walabot

Rumah Walabot adalah sistem cerdas yang melacak pergerakan orang dan menentukan apakah mereka telah jatuh dan apakah mereka membutuhkan bantuan. Perangkat yang sangat kecil dan tipis ini menggunakan sistem sensor yang memproses gelombang radio berdaya rendah (mirip dengan sinyal Wi-Fi) untuk menentukan lokasi seseorang.



Sistem RF pada sebuah chip, sistem yang mendasari, menggabungkan pemancar dan penerima yang beroperasi dalam rentang 3 GHz hingga 81 GHz untuk membuat gambar 4D resolusi tinggi dengan menganalisis beberapa sinyal yang dikirim dan diterima (semua tanpa prosesor eksternal) ... Berkat integrasi transceiver dan kecepatan pemrosesan data yang tinggi dari prosesor sinyal, sistem Vayyar mampu menggambarkan skenario yang tepat untuk berbagai situasi.



Melalui sistem Rumah Walabotnya, Vayyar dapat menampilkan ukuran, posisi, pergerakan dan posisi orang dan benda. Ini memungkinkan Anda untuk sepenuhnya mengenali dan mengklasifikasikan lingkungan Anda secara real time tanpa menggunakan kamera. Kurangnya kamera untuk pemrosesan gambar berarti salah satu potensi ancaman privasi hilang dari sistem.



Walabot Home adalah sistem pemberitahuan jatuh yang melacak orang yang membutuhkan perawatan dan terus mencegah situasi dan kecelakaan yang berpotensi berbahaya. Sistem rumah pintar ini dapat menentukan apakah seseorang jatuh saat bergerak di sekitar rumah dan apakah dia membutuhkan bantuan.

Sistem RF pada sebuah chip

Sistem ini mendukung teknologi UWB (ultra wide band), yang memungkinkannya mengenali orang dan menentukan posisinya di luar angkasa. UWB mentransmisikan dan menerima sinyal menggunakan pulsa energi frekuensi tinggi dengan durasi yang sangat singkat (dari beberapa puluh pikodetik hingga beberapa nanodetik). Dalam praktiknya, UWB adalah protokol nirkabel yang memungkinkan Anda mencapai bandwidth dalam urutan gigabit per detik dengan daya antena sepersepuluh watt (FCC mengklasifikasikan sinyal sebagai UWB jika bandwidth> 500 MHz atau jika bandwidth relatifnya melebihi 20%). Keuntungan dari teknologi ini adalah bahwa panjang pulsa yang pendek membuat sinyal UWB tidak terlalu rentan terhadap interferensi akibat pantulan gelombang itu sendiri.



“Satu chip RF dari Vayyar digunakan untuk mengirim / menerima sinyal RF dalam rentang 3,3 hingga 10 GHz. Sistem menggunakan dua papan: satu untuk pemancar gelombang RF (garis kuning pada Gambar 1), pengumpulan data dari memori SRAM dan transfer data melalui antarmuka USB, dan satu (garis hijau pada Gambar 1) untuk pemrosesan data dan koneksi Bluetooth / Wi -Fi "- begitulah penjelasan Stefan Elizabeth dari System Plus Consulting kepada kami.







Gambar 1: Sinar-X sistem Rumah Walabot (Sumber: Laporan Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020) .







Gambar 2: Diagram Blok Sistem Rumah Walabot (Sumber: Laporan Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020).







Gambar 3: Papan Utama Sistem Rumah Walabot (Sumber: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging Laporan SoC, System Plus Consulting, 2020) .



Dua papan yang ditunjukkan pada Gambar 2 dihubungkan menggunakan PCB Flex untuk fleksibilitas yang lebih besar. Fleksibilitas ini menghemat ruang, berat dan biaya (dibandingkan dengan solusi dasar kaku yang sebanding).



Menurut Stefan Elizabeth, pembuangan panas dikontrol dengan dua cara: “Bahan perpindahan panas ditempatkan di dua tempat: di atas prosesor dan langsung di heatsink.” Dia juga menyarankan bahwa “heatsink terbuat dari paduan aluminium A380”.



A380 adalah salah satu paduan aluminium yang paling umum digunakan. A380 memiliki fluiditas, kekencangan, dan ketahanan retak yang sangat baik. Secara khusus, die casting paduan aluminium A380 menghasilkan suku cadang berkualitas tinggi, hemat biaya, dan produk tahan lama.



Chip RF memiliki 48 I / O yang menghubungkan dadu ke bola di bawah rumahan. “Dari 48 input dan output pada chip, hanya 42 yang digunakan untuk komunikasi antena. Sistem RF pada sebuah chip menggunakan prosesor sinyal terintegrasi dengan sejumlah besar memori SRAM di transceiver mati dan mengirimkan data ke mikrokontroler. Mikrokontroler, pada gilirannya, mengubah data dari SRAM menjadi aliran data untuk antarmuka USB. Prosesor sinyal onboard menghilangkan kebutuhan akan prosesor eksternal untuk menjalankan algoritma pencitraan yang kompleks, ”kata Stefan Elizabeth.



Sistem RF on-chip menggunakan substrat PCB 6 lapis yang disolder ke substrat 10 lapis lainnya (Gambar 4). Kemasannya dibuat menggunakan teknologi FCBGA tanpa penutup. MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit) terdiri dari dua osilator kuadratur yang menghasilkan sinyal perantara pada chip yang diproses oleh ADC.







Gambar 4: Penampang papan sistem RF pada chip (sumber: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging laporan SoC, System Plus Consulting, 2020).



Selain prosesor RF VYYR2401-A3 dalam diagram blok pada Gambar. 2 dan 3 kita dapat melihat prosesor MSM8909 menyediakan komunikasi seluler darurat antara perangkat dan antarmuka codec / audio menggunakan speaker Qualcomm dan perangkat kontrol mikrofon. Qualcomm 210 MSM8909 adalah sistem level awal pada chip yang dirancang untuk tablet dan smartphone Android. Prosesor tersebut dibekali empat core ARM Cortex-A7 dengan frekuensi 1,1 GHz.



System-on-a-chip dilengkapi dengan modul WiFi Bluetooth 4.1 + BLE, 802.11n (2.4 GHz) dan modem 4G-LTE Category 4 (LTE FDD, LTE TDD, WCDMA (DC-HSDPA, HSUPA), CDMA1x, EV-DO Rev. B, TD-SCDMA dan GSM / EDGE) dan dapat beroperasi pada kecepatan maksimum 150 Mbps.



Pengontrol Cypress CYUSB2014 mengirimkan data yang diproses oleh sistem melalui antarmuka USB. CYUSB2014 adalah pengontrol periferal SuperSpeed ​​yang memberikan fleksibilitas dan integrasi berbagai fungsi. Kontroler ini memiliki antarmuka paralel yang dapat diprogram GPIF II yang dapat dikonfigurasi sepenuhnya yang dapat dihubungkan ke prosesor apa pun (ASIC atau FPGA). GPIF II adalah versi perbaikan GPIF dari FX2LP, perangkat USB 2 andalan Cypress.

Antena

Papan kendali sinyal radar terdiri dari 21 antena yang memberikan resolusi tinggi. “Ukuran satu antena mengasumsikan ada papan RF besar di sistem untuk 21 antena,” kata Stephen Elizabeth. Karena sistem beroperasi pada frekuensi dari 3 hingga 10 GHz, ukuran antena besar (λ / 4 = ~ 15 mm). Dia juga menambahkan bahwa “jumlah antena yang terhubung berhubungan langsung dengan resolusi. Namun, karena perangkat ini beroperasi pada frekuensi rendah, ukuran antenanya cukup besar. ”



"Frekuensi pengoperasian sistem ini sekitar 9,6 gigahertz dan berbasis antena bow tie," tambah Stephen Elizabeth.







Gambar 5: Papan RF dengan 21 antena (Sumber: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging Chip Report, System Plus Consulting, 2020).



Desain Bow-Tie banyak digunakan dalam aplikasi pencitraan, radar, titik akses Wi-Fi, dan antena pulsa karena profilnya yang rendah, throughput yang tinggi, kehilangan yang rendah, dan efisiensi radiasi yang tinggi (Gambar 6).







Gambar 6: Geometri antena bow-tie (Sumber: Report on Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020).



Desain antena bow-tie adalah pendekatan seperti kawat (varian tipe planar) dari topologi dipol bikonis. Desain antena ideal dalam ukuran dan biaya, geometri sederhana dan keandalan. Antena bow-tie memberikan kontrol impedansi masukan yang baik dan mudah dibuat.

Biaya dan analisis

System Plus Consulting melakukan perkiraan biaya untuk keseluruhan sistem, menyoroti bahwa hanya 10% dari total biaya sistem yang dihabiskan untuk chip RF (Gambar 7).







Gambar 7: Analisis Biaya Sistem Rumah Walabot (Sumber: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging Laporan SoC, System Plus Consulting, 2020).



“Karena sistemnya besar, hampir 30% biaya adalah untuk PCB (papan RF, antena Wi-Fi / BT, dll.) Dan interkoneksi. Memori (RAM, Flash) dan prosesor (Qualcomm Snapdragon 210) menghabiskan hampir 20% biaya. 30% dari biaya dihabiskan untuk komponen diskrit - sensor, PMIC, antarmuka koneksi. 10% lainnya akan dipajang, ”kata Stefan Elizabeth.







Gambar 8: Versi Chip VYYR Lainnya (Sumber: Vayyar Report VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 202 0).



Vayyar juga mengembangkan versi chip lain yang sudah ada di pasaran. Frekuensi pengoperasian model ini berkisar dari 60 hingga 80 GHz. VYYR7201-A0 beroperasi pada 57-64 GHz, sedangkan VYYR7202-A1 beroperasi pada 77-81 GHz. Yang pertama disajikan dalam sistem Vayyar V60G-Home dan cocok untuk aplikasi pengenalan gerakan serta pendeteksian orang di kamar dan bayi yang tertinggal di mobil. Ini memiliki 46 antena PCB terpolarisasi linier. VYYR7202-A1 memiliki 40 antena terpolarisasi internal, chip ini digunakan di Vayyar V80G. Sangat cocok untuk digunakan di dalam dan di luar kendaraan dan untuk mendeteksi potensi penyusup.

---

• Sistem kontrol serial pertama Rusia untuk mesin bahan bakar ganda dengan pemisahan fungsi pengontrol
• Di mobil modern, ada lebih banyak baris kode daripada ...
• - Automotive, Aerospace, (50+)
• McKinsey: automotive