Hoy en día, los radares incluso se utilizan en productos de consumo y los empleados de System Plus Consulting están interesados en su implementación. Una empresa de tecnología y análisis de costes ha decidido desmontar y examinar un chip de radar, pero ¿cuál? El sistema de RF de primera generación de Vayyar fue elegido como dispositivo de análisis por varias razones.
Primero, los analistas de System Plus Consulting se preguntaron cómo Vayyar pudo desarrollar un sistema de RF de un solo chip tan altamente integrado en un chip. Los expertos también estaban intrigados por el hecho de que este dispositivo puede crear imágenes 4D de alta resolución.
Anteriormente, el mercado de los radares crecía muy lentamente y los propios sensores se usaban en industrias muy maduras (como las militares). Ahora el estado de cosas ha cambiado significativamente. Los radares (especialmente aquellos que pueden formar imágenes) están recibiendo más atención que los Kardashian. Las aplicaciones automotrices y de consumo están alimentando la imaginación de los ingenieros, con el resultado de que el número de nuevos dispositivos y sus aplicaciones está creciendo en dos dígitos.
Si bien los radares siguen siendo fundamentales para las bases militares y los portaaviones, también se están implementando en masa en hogares inteligentes, automóviles familiares e incluso teléfonos inteligentes. En aplicaciones automotrices, los fabricantes de equipos originales y de nivel 1 ahora están trabajando en radares de imágenes para sistemas ADAS y detección de actividad en la cabina.
Las empresas de radar también están monitoreando la funcionalidad de los teléfonos inteligentes. Entonces, por ejemplo, la pieza central de la colaboración entre Infineon y Google (que se anunció el año pasado) fue la introducción de la tecnología de control de gestos en Google Pixel 4; esta característica se basa en el desarrollo del radar de Infineon. Si bien aún no está claro si se utilizarán radares en todos los teléfonos, el alcance de estos sensores se está expandiendo significativamente.
Vayyar ha desarrollado su propio chip RF como parte de su línea de productos Walabot. El sistema de monitoreo de caídas de Walbot Home permite a los familiares y cuidadores vigilar a los parientes ancianos que pueden tener problemas de estabilidad.
El sistema basado en radar puede reconocer a las personas a través de paredes y cortinas. Una de las ventajas de esta tecnología es que la persona supervisada no necesita llevar ningún dispositivo portátil.
Los expertos de System Plus Consulting (parte del grupo Yole Développement) estaban intrigados por el chip Vayyar, que analiza una variedad de señales recibidas de transceptores integrados y las procesa usando procesadores de señales digitales.
Cuando hablamos con Stephan Elizabeth, un experto en análisis de costos de System Plus Consulting, nos explicó que Vayyar pudo diseñar una placa pequeña que aloja tanto un sistema de RF en un chip como un microcontrolador. Esta disposición permite que este dispositivo funcione con cualquier procesador externo instalado por el proveedor del sistema.
Los chips Vayyar de primera generación en cuestión se basaron en chips de RF que operan a frecuencias de 3 a 10 GHz. Teniendo en cuenta las restricciones de rango de frecuencia vigentes en diferentes países, Vayyar ya ha desarrollado dispositivos que operan en el rango de 57 a 64 GHz, proporcionando así el máximo ancho de banda y espectro de alta resolución. También en la línea hay un dispositivo que opera en el rango de 77 a 81 GHz.
Según System Plus Consulting, el sistema RF en un chip viene con "un procesador de señal integrado con una gran cantidad de SRAM en la matriz del transceptor". El sistema de RF transmite datos al microcontrolador ubicado en la placa Walabot. "El microcontrolador solo convierte los datos de la SRAM en un flujo de datos para la interfaz USB". Este paso es crítico porque hace que el sistema Vayyar sea versátil y flexible, lo que permite que se utilice con cualquier procesador externo o procesador elegido por los desarrolladores de un dispositivo en particular. No importa si es un procesador Qualcomm Snapdragon o un procesador para algunas otras aplicaciones. Además, el chip de Vayyar puede implementar algoritmos de visualización complejos (si es necesario).
Fuera de la casa de Walabot
Además de implementar Walabot Home, Vayyar también está ingresando al mercado automotriz. Hace dos años, Vayyar se asoció con Valeo, un proveedor líder de nivel 1. Al mismo tiempo, Valeo anunció planes para usar sensores Vayyar para monitorear la respiración de los bebés y activar alarmas en caso de una emergencia (especialmente si el bebé se queda solo en el automóvil).
En noviembre pasado, Vayyar logró recaudar $ 109 millones en inversión en la Ronda D de Koch Disruptive Technologies (KDT), una subsidiaria de inversión de la multinacional estadounidense Koch Industries. Atraer a KDT como inversionista estratégico ha sido muy importante, ya que Koch y sus subsidiarias tienen el potencial de llevar los sensores Vayyar a diferentes segmentos del mercado.
Sistema de hogar Walabot
Walabot Home es un sistema inteligente que rastrea los movimientos de las personas y determina si se han caído y si necesitan ayuda. El dispositivo, muy pequeño y delgado, usa un sistema de sensores que procesa ondas de radio de baja potencia (similares a las señales de Wi-Fi) para determinar la ubicación de una persona.
El sistema de RF en un chip, el sistema subyacente, combina transmisores y receptores que operan en el rango de 3 GHz a 81 GHz para crear imágenes 4D de alta resolución mediante el análisis de múltiples señales enviadas y recibidas (todo sin un procesador externo) ... Gracias a la integración de transceptores y la alta velocidad de procesamiento del procesador de señales, el sistema Vayyar es capaz de describir escenarios precisos para diversas situaciones.
A través de su sistema Walabot Home, Vayyar puede mostrar el tamaño, la posición, el movimiento y la posición de personas y objetos. Esto permite un reconocimiento y clasificación completos del entorno en tiempo real sin necesidad de utilizar cámaras. La falta de cámaras para procesar las imágenes significa que falta en el sistema una de las posibles amenazas a la privacidad.
Walabot Home es un sistema de notificación de caídas que rastrea a las personas que necesitan atención y previene continuamente situaciones y accidentes potencialmente peligrosos. Este sistema de hogar inteligente puede determinar si una persona se ha caído mientras se movía por la casa y si necesita ayuda.
Sistema de RF en un chip
El sistema es compatible con la tecnología UWB (banda ultra ancha), que le permite reconocer a las personas y determinar su posición en el espacio. UWB transmite y recibe señales utilizando pulsos de energía de alta frecuencia de duración extremadamente corta (desde unas pocas decenas de picosegundos hasta unos pocos nanosegundos). En la práctica, UWB es un protocolo inalámbrico que le permite alcanzar un ancho de banda del orden de gigabits por segundo con una potencia de antena de décimas de vatio (la FCC clasifica una señal como UWB si su ancho de banda es> 500 MHz o si su ancho de banda relativo supera el 20%). La ventaja de esta tecnología es que la corta duración del pulso hace que la señal UWB sea menos susceptible a las interferencias debidas a los reflejos de la propia onda.
“Un chip de RF de Vayyar se utiliza para transmitir / recibir señales de RF en el rango de 3.3 a 10 GHz. El sistema utiliza dos placas: una para el transceptor de RF (contorno amarillo en la Figura 1), recopilación de datos de la memoria SRAM y transferencia de datos a través de la interfaz USB, y una (contorno verde en la Figura 1) para el procesamiento de datos y la conexión a Bluetooth / Wi. -Fi "- así nos explicó Stefan Elizabeth de System Plus Consulting.
Figura 1: Rayos X del sistema Walabot Home (Fuente: Informe sobre Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020) .
Figura 2: Diagrama de bloques del sistema doméstico de Walabot (Fuente: Informe sobre el SoC de imágenes de radar Vayyar VYYR2401 4D UWB, System Plus Consulting, 2020).
Figura 3: Placa principal del sistema doméstico de Walabot (Fuente: Informe de SoC de imágenes de radar Vayyar VYYR2401 4D UWB, System Plus Consulting, 2020) .
Las dos placas que se muestran en la Figura 2 están conectadas mediante un PCB flexible para mayor flexibilidad. Esta flexibilidad ahorra espacio, peso y costes (en comparación con una solución de base rígida comparable).
Según Stefan Elizabeth, la disipación de calor se controla de dos formas: “El material de transferencia de calor se coloca en dos lugares: encima del procesador y directamente en el disipador de calor”. También sugirió que “el disipador de calor está hecho de una aleación de aluminio A380”.
A380 es una de las aleaciones de aluminio más utilizadas. El A380 tiene una excelente fluidez, estanqueidad y resistencia al agrietamiento. En particular, la fundición a presión de la aleación de aluminio A380 produce piezas y productos duraderos de alta calidad y rentables.
El chip RF tiene 48 E / S que conectan el dado a las bolas debajo de la carcasa. “De las 48 entradas y salidas del chip, solo 42 se utilizan para comunicaciones de antena. El sistema de RF en un chip utiliza un procesador de señal integrado con una gran cantidad de memoria SRAM en la matriz del transceptor y transmite datos al microcontrolador. El microcontrolador, a su vez, convierte los datos de la SRAM en un flujo de datos para la interfaz USB. Un procesador de señal integrado elimina la necesidad de un procesador externo para ejecutar algoritmos de imágenes complejos ”, dijo Stefan Elizabeth.
El sistema de RF en chip utiliza un sustrato de PCB de 6 capas que se suelda a otro sustrato de 10 capas (Figura 4). El embalaje se realiza con tecnología FCBGA sin tapa. Un MMIC (circuito integrado monolítico de microondas) consta de dos osciladores en cuadratura que producen una señal intermedia en un chip que es procesado por un ADC.
Figura 4: Sección transversal de una placa de sistema de RF en un chip (fuente: informe de SoC de imágenes de radar Vayyar VYYR2401 4D UWB, System Plus Consulting, 2020).
Además del procesador RF VYYR2401-A3 en los diagramas de bloques de la Fig. 2 y 3, podemos ver que el procesador MSM8909 proporciona comunicación móvil de emergencia entre el dispositivo y la interfaz de códec / audio mediante un dispositivo de control de micrófono y altavoz Qualcomm. El Qualcomm 210 MSM8909 es un sistema en un chip de nivel de entrada diseñado para tabletas y teléfonos inteligentes Android. El procesador está equipado con cuatro núcleos ARM Cortex-A7 con una frecuencia de 1,1 GHz.
El sistema en un chip está equipado con módulos WiFi Bluetooth 4.1 + BLE, 802.11n (2.4 GHz) y un módem 4G-LTE de Categoría 4 (LTE FDD, LTE TDD, WCDMA (DC-HSDPA, HSUPA), CDMA1x, EV-DO Rev. B, TD-SCDMA y GSM / EDGE) y puede funcionar a una velocidad máxima de 150 Mbps.
El controlador Cypress CYUSB2014 envía los datos procesados por el sistema a través de la interfaz USB. El CYUSB2014 es un controlador periférico SuperSpeed que ofrece flexibilidad e integración de varias funciones. Este controlador tiene una interfaz programable en paralelo GPIF II totalmente configurable que se puede conectar a cualquier procesador (ASIC o FPGA). GPIF II es una versión mejorada de GPIF de FX2LP, el dispositivo USB 2 insignia de Cypress.
Antena
La placa de control de la señal de radar consta de 21 antenas que proporcionan alta resolución. “El tamaño de una antena supone que hay una placa de RF grande en el sistema para manejar 21 antenas”, dijo Stephen Elizabeth. Dado que el sistema funciona a frecuencias de 3 a 10 GHz, el tamaño de la antena es grande (λ / 4 = ~ 15 mm). También agregó que “el número de antenas conectadas está directamente relacionado con la resolución. Sin embargo, dado que este dispositivo funciona a bajas frecuencias, el tamaño de las antenas es bastante grande ".
“La frecuencia de funcionamiento de este sistema es de unos 9,6 GHz y se basa en los parámetros de una antena de pajarita”, añadió Stephen Elizabeth.
Figura 5: Placa de RF con 21 antenas (Fuente: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging Chip Report, System Plus Consulting, 2020).
El diseño Bow-Tie se utiliza ampliamente en aplicaciones de imágenes, radares, puntos de acceso Wi-Fi y antenas pulsadas debido a sus características de perfil bajo, alto rendimiento, baja pérdida y alta eficiencia de radiación (Figura 6).
Figura 6: Geometría de la antena de pajarita (Fuente: Informe sobre Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020).
El diseño de la antena de pajarita es una aproximación de cable (variantes de tipo plano) de la topología dipolo bicónico. El diseño de la antena es ideal en tamaño y costo, geometría simple y confiabilidad. La antena de pajarita proporciona un buen control de impedancia de entrada y es fácil de hacer.
Costo y análisis
System Plus Consulting realizó una estimación de costos para todo el sistema, destacando que solo el 10% del costo total del sistema se gastó en el chip de RF (Figura 7).
Figura 7: Análisis de costos del sistema doméstico de Walabot (Fuente: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC Report, System Plus Consulting, 2020).
“Dado que el sistema es grande, casi el 30% del costo es para la PCB (placa RF, antena Wi-Fi / BT, etc.) y las interconexiones. La memoria (RAM, Flash) y el procesador (Qualcomm Snapdragon 210) representan casi el 20% del costo. El 30% del costo se destina a componentes discretos: sensores, PMIC, interfaces de conexión. Otro 10% va a la pantalla ”, dijo Stefan Elizabeth.
Figura 8: Otras versiones de chip VYYR (Fuente: Vayyar Report VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 202 0).
Vayyar también ha desarrollado otras versiones de los chips que ya están en el mercado. Las frecuencias de funcionamiento de estos modelos oscilan entre 60 y 80 GHz. VYYR7201-A0 opera a 57-64 GHz, mientras que VYYR7202-A1 opera a 77-81 GHz. El primero se presenta en el sistema Vayyar V60G-Home y es adecuado para aplicaciones de reconocimiento de gestos, así como para detectar personas en habitaciones y bebés abandonados en automóviles. Tiene 46 antenas de PCB polarizadas lineales. VYYR7202-A1 tiene 40 antenas polarizadas integradas, este chip se utiliza en Vayyar V80G. Es adecuado para su uso dentro y fuera de vehículos y para detectar posibles intrusos.
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