Aujourd'hui, les radars sont même utilisés dans les produits de consommation et les employés de System Plus Consulting sont intéressés par leur mise en œuvre. Une société d'analyse des technologies et des coûts a décidé de démonter et d'examiner une puce radar, mais laquelle? Le système RF de première génération de Vayyar a été choisi comme appareil d'analyse pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, les analystes de System Plus Consulting se sont demandé comment Vayyar avait pu développer un système RF monopuce aussi hautement intégré sur une puce. Les experts ont également été intrigués par le fait que cet appareil peut créer des images 4D haute résolution.
Auparavant, le marché des radars se développait très lentement et les capteurs eux-mêmes étaient utilisés dans des industries très matures (comme l'armée). Maintenant, la situation a changé considérablement. Les radars (en particulier ceux qui peuvent former des images) attirent plus d'attention que les Kardashians. Les applications automobiles et grand public alimentent l'imagination des ingénieurs, ce qui fait que le nombre de nouveaux appareils et de leurs applications augmente à deux chiffres.
Si les radars restent essentiels pour les bases militaires et les porte-avions, ils sont également déployés en masse dans les maisons intelligentes, les voitures familiales et même les smartphones. Dans les applications automobiles, les équipementiers de niveau 1 et les équipementiers travaillent désormais sur des radars d'imagerie pour ADAS et la détection d'activité en cabine.
Les sociétés de radars surveillent également les fonctionnalités des smartphones. Ainsi, par exemple, la pièce maîtresse de la collaboration entre Infineon et Google (annoncée l'année dernière) était l'introduction de la technologie de contrôle gestuel dans le Google Pixel 4 - cette fonctionnalité est basée sur le développement radar d'Infineon. Bien qu'il ne soit pas encore clair si les radars seront utilisés dans tous les téléphones, la portée de ces capteurs s'élargit considérablement.
Vayyar a développé sa propre puce RF dans le cadre de sa gamme de produits Walabot. Le système de surveillance des chutes de Walbot Home permet aux membres de la famille et aux soignants de garder un œil sur les parents âgés qui peuvent avoir des problèmes de stabilité.
Le système radar peut reconnaître les personnes à travers les murs et les rideaux. L'un des avantages de cette technologie est que la personne surveillée n'a pas besoin de porter d'appareils portables.
Les experts de System Plus Consulting (qui fait partie du groupe Yole Développement) ont été intrigués par la puce Vayyar, qui analyse une variété de signaux reçus d'émetteurs-récepteurs intégrés et les traite à l'aide de processeurs de signaux numériques.
Lorsque nous nous sommes entretenus avec Stephan Elizabeth, un expert en analyse des coûts chez System Plus Consulting, il nous a expliqué que Vayyar était capable de concevoir une petite carte contenant à la fois un système RF sur puce et un microcontrôleur. Cette disposition permet à ce périphérique de fonctionner avec n'importe quel processeur externe installé par le fournisseur du système.
Les puces Vayyar de première génération en question étaient basées sur des puces RF fonctionnant à des fréquences de 3 à 10 GHz. Compte tenu des restrictions de gamme de fréquences en vigueur dans différents pays, Vayyar a déjà développé des appareils fonctionnant dans la gamme 57 à 64 GHz, offrant ainsi une bande passante maximale et un spectre haute résolution. Également dans la ligne, il y a un appareil fonctionnant dans la gamme de 77 à 81 GHz.
Selon System Plus Consulting, le système RF sur puce est livré avec «un processeur de signal intégré avec beaucoup de SRAM dans la puce de l'émetteur-récepteur». Le système RF transmet les données au microcontrôleur situé sur la carte Walabot. "Le microcontrôleur convertit uniquement les données de la SRAM en un flux de données pour l'interface USB." Cette étape est essentielle car elle rend le système Vayyar polyvalent et flexible, ce qui lui permet d'être utilisé avec n'importe quel processeur externe ou processeur choisi par les développeurs d'un appareil particulier. Peu importe qu'il s'agisse d'un processeur Qualcomm Snapdragon ou d'un processeur pour certaines autres applications. De plus, la puce de Vayyar peut implémenter des algorithmes de visualisation complexes (si nécessaire).
À l'extérieur de la maison Walabot
En plus de mettre en œuvre Walabot Home, Vayyar fait également son entrée sur le marché automobile. Il y a deux ans, Vayyar s'est associé à Valeo, l'un des principaux fournisseurs de rang 1. Dans le même temps, Valeo a annoncé son intention d'utiliser des capteurs Vayyar pour surveiller la respiration des bébés et activer des alarmes en cas d'urgence (surtout si le bébé est laissé seul dans la voiture).
En novembre dernier, Vayyar a réussi à lever 109 millions de dollars d'investissements dans le Round D de Koch Disruptive Technologies (KDT), une filiale d'investissement de la multinationale américaine Koch Industries. Attirer KDT en tant qu'investisseur stratégique a été très important car Koch et ses filiales ont le potentiel d'apporter des capteurs Vayyar à différents segments de marché.
Système domestique Walabot
Walabot Home est un système intelligent qui suit les mouvements des personnes et détermine si elles sont tombées et si elles ont besoin d'aide. L'appareil très petit et mince utilise un système de capteur qui traite les ondes radio de faible puissance (similaires aux signaux Wi-Fi) pour déterminer l'emplacement d'une personne.
Le système RF sur puce, le système sous-jacent, combine des émetteurs et des récepteurs fonctionnant dans la gamme 3 GHz à 81 GHz pour créer des images 4D haute résolution en analysant plusieurs signaux envoyés et reçus (le tout sans processeur externe) ... Grâce à l'intégration d'émetteurs-récepteurs et à la vitesse de traitement élevée du processeur de signal, le système Vayyar est capable de décrire des scénarios précis pour diverses situations.
Grâce à son système Walabot Home, Vayyar peut afficher la taille, la position, le mouvement et la position des personnes et des objets. Cela permet une reconnaissance et une classification complètes de l'environnement en temps réel sans utiliser de caméras. Le manque de caméras pour traiter les images signifie que l'une des menaces potentielles à la vie privée est absente du système.
Walabot Home est un système de notification de chute qui suit les personnes ayant besoin de soins et prévient en permanence les situations et les accidents potentiellement dangereux. Ce système de maison intelligente peut déterminer si une personne est tombée en se déplaçant dans la maison et si elle a besoin d'aide.
Système RF sur puce
Le système prend en charge la technologie UWB (ultra large bande), qui lui permet de reconnaître les personnes et de déterminer leur position dans l'espace. UWB émet et reçoit des signaux à l'aide d'impulsions d'énergie haute fréquence de durée extrêmement courte (de quelques dizaines de picosecondes à quelques nanosecondes). En pratique, UWB est un protocole sans fil qui permet d'atteindre une bande passante de l'ordre du gigabits par seconde avec une puissance d'antenne de dixièmes de watt (la FCC classe un signal en UWB si sa bande passante est> 500 MHz ou si sa bande passante relative dépasse 20%). L'avantage de cette technologie est que la courte longueur d'impulsion rend le signal UWB moins sensible aux interférences dues aux réflexions de l'onde elle-même.
«Une puce RF de Vayyar est utilisée pour transmettre / recevoir des signaux RF dans la plage de 3,3 à 10 GHz. Le système utilise deux cartes: une pour l'émetteur-récepteur RF (contour jaune sur la figure 1), la collecte de données à partir de la mémoire SRAM et le transfert de données via l'interface USB, et une (contour vert sur la figure 1) pour le traitement des données et la connexion à Bluetooth / Wi. -Fi "- c'est ainsi que Stefan Elizabeth de System Plus Consulting nous l'a expliqué.
Figure 1: Radiographie du système Walabot Home (Source: Report on Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020) .
Figure 2: Schéma fonctionnel du système domestique Walabot (Source: Rapport sur le SoC d'imagerie radar Vayyar VYYR2401 4D UWB, System Plus Consulting, 2020).
Figure 3: Carte principale du système Walabot Home (Source: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC Report, System Plus Consulting, 2020) .
Les deux cartes illustrées à la figure 2 sont connectées à l'aide d'un PCB Flex pour plus de flexibilité. Cette flexibilité permet d'économiser de l'espace, du poids et des coûts (par rapport à une solution de base rigide comparable).
Selon Stefan Elizabeth, la dissipation thermique est contrôlée de deux manières: «Le matériau de transfert de chaleur est placé à deux endroits: au-dessus du processeur et directement sur le dissipateur thermique.» Il a également suggéré que «le dissipateur thermique est fait d'un alliage d'aluminium A380».
L'A380 est l'un des alliages d'aluminium les plus couramment utilisés. L'A380 présente une excellente fluidité, étanchéité et résistance aux fissures. En particulier, le moulage sous pression de l'alliage d'aluminium A380 produit des pièces de haute qualité et rentables et des produits durables.
La puce RF a 48 E / S connectant la puce aux billes sous le boîtier. «Sur les 48 entrées et sorties de la puce, seules 42 sont utilisées pour les communications d'antenne. Le système RF sur une puce utilise un processeur de signal intégré avec une grande quantité de mémoire SRAM dans la puce d'émetteur-récepteur et transmet des données au microcontrôleur. Le microcontrôleur, à son tour, convertit les données de la SRAM en un flux de données pour l'interface USB. Un processeur de signal intégré élimine le besoin d'un processeur externe pour exécuter des algorithmes d'imagerie complexes », a déclaré Stefan Elizabeth.
Le système RF sur puce utilise un substrat PCB à 6 couches qui est soudé à un autre substrat à 10 couches (figure 4). L'emballage est réalisé à l'aide de la technologie FCBGA sans couvercle. Un MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit) se compose de deux oscillateurs en quadrature qui produisent un signal intermédiaire sur une puce qui est traitée par un ADC.
Figure 4: Coupe transversale d'une carte système RF sur une puce (source: rapport Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020).
En plus du processeur RF VYYR2401-A3 dans les schémas de principe de la Fig. 2 et 3, nous pouvons voir le processeur MSM8909 fournir une communication mobile d'urgence entre l'appareil et l'interface codec / audio à l'aide d'un haut-parleur Qualcomm et d'un dispositif de contrôle de microphone. Le Qualcomm 210 MSM8909 est un système sur puce d'entrée de gamme conçu pour les tablettes et les smartphones Android. Le processeur est équipé de quatre cœurs ARM Cortex-A7 avec une fréquence de 1,1 GHz.
Le système sur puce est équipé de modules WiFi Bluetooth 4.1 + BLE, 802.11n (2,4 GHz) et d'un modem 4G-LTE de catégorie 4 (LTE FDD, LTE TDD, WCDMA (DC-HSDPA, HSUPA), CDMA1x, EV-DO Rev. B, TD-SCDMA et GSM / EDGE) et peut fonctionner à une vitesse maximale de 150 Mbps.
Le contrôleur Cypress CYUSB2014 envoie les données traitées par le système via l'interface USB. Le CYUSB2014 est un contrôleur de périphérique SuperSpeed offrant flexibilité et intégration de diverses fonctions. Ce contrôleur dispose d'une interface programmable parallèle GPIF II entièrement configurable qui peut être connectée à n'importe quel processeur (ASIC ou FPGA). GPIF II est une version améliorée de GPIF de FX2LP, le périphérique USB 2 phare de Cypress.
Antenne
La carte de contrôle du signal radar se compose de 21 antennes offrant une haute résolution. «La taille d'une antenne suppose qu'il y a une grande carte RF dans le système pour gérer 21 antennes», a déclaré Stephen Elizabeth. Puisque le système fonctionne à des fréquences de 3 à 10 GHz, la taille de l'antenne est grande (λ / 4 = ~ 15 mm). Il a également ajouté que «le nombre d'antennes connectées est directement lié à la résolution. Cependant, comme cet appareil fonctionne à des fréquences basses, la taille des antennes est assez grande. »
«La fréquence de fonctionnement de ce système est d'environ 9,6 GHz et est basée sur les paramètres d'une antenne nœud papillon», a ajouté Stephen Elizabeth.
Figure 5: Carte RF avec 21 antennes (Source: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging Chip Report, System Plus Consulting, 2020).
La conception Bow-Tie est largement utilisée dans les applications d'imagerie, les radars, les points d'accès Wi-Fi et les antennes pulsées en raison de ses caractéristiques de profil bas, de débit élevé, de faible perte et d'efficacité de rayonnement élevée (Figure 6).
Figure 6: Géométrie de l'antenne nœud papillon (Source: Report on Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 2020).
La conception de l'antenne nœud papillon est une approximation par fil (variantes de type planaire) de la topologie dipôle biconique. La conception de l'antenne est idéale en termes de taille et de coût, de géométrie simple et de fiabilité. L'antenne nœud papillon offre un bon contrôle de l'impédance d'entrée et est facile à fabriquer.
Coût et analyse
System Plus Consulting a effectué une estimation des coûts pour l'ensemble du système, soulignant que seulement 10% du coût total du système était consacré à la puce RF (Figure 7).
Figure 7: Analyse des coûts du système Walabot Home (Source: Vayyar VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC Report, System Plus Consulting, 2020).
«Le système étant volumineux, près de 30% du coût concerne le PCB (carte RF, antenne Wi-Fi / BT, etc.) et les interconnexions. La mémoire (RAM, Flash) et le processeur (Qualcomm Snapdragon 210) représentent près de 20% du coût. 30% du coût va aux composants discrets - capteurs, PMIC, interfaces de connexion. Un autre 10% va à l'affichage », a déclaré Stefan Elizabeth.
Figure 8: Autres versions de puces VYYR (Source: Vayyar Report VYYR2401 4D UWB Radar Imaging SoC, System Plus Consulting, 202 0).
Vayyar a également développé d'autres versions des puces qui sont déjà sur le marché. Les fréquences de fonctionnement de ces modèles vont de 60 à 80 GHz. Le VYYR7201-A0 fonctionne à 57-64 GHz, tandis que le VYYR7202-A1 fonctionne à 77-81 GHz. Le premier est présenté dans le système Vayyar V60G-Home et convient aux applications de reconnaissance gestuelle ainsi qu'à la détection des personnes dans les chambres et des bébés laissés dans les voitures. Il dispose de 46 antennes PCB polarisées linéaires. VYYR7202-A1 dispose de 40 antennes polarisées intégrées, cette puce est utilisée dans Vayyar V80G. Il convient à une utilisation dans et hors des véhicules et à la détection d'intrus potentiels.
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