ชิปเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร: FMCW ส่วนหน้าความถี่วิทยุ และการประมวลผลสัญญาณ | METRAVON

ชิปเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรของ METRAVON: หลักการทำงาน สถาปัตยกรรม และคุณสมบัติทางเทคนิค

ชิปเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรสร้างและรับสัญญาณความถี่วิทยุที่เครื่องวัดระยะบางชนิดใช้ สำหรับการจัดซื้อเครื่องวัดระดับ ต้องแยกชิ้นส่วน RF ออกจากทรานสมิตเตอร์สำเร็จรูป คุณสมบัติชิ้นส่วนไม่ได้ยืนยันช่วงวัดเมื่อติดตั้ง ความเข้ากันได้กับกระบวนการ หรือความแม่นยำระดับ

แบบวงจรอาจรวมภาคหน้าความถี่วิทยุ ADC หน่วยประมวลผล และซอฟต์แวร์ตรวจจับบางส่วนไว้ด้วยกัน หรือแยกหน้าที่ตามชิ้นส่วน METRAVON MV-RD11 และ MV-RD14 เป็นเครื่องวัดระดับของเหลวสำเร็จรูป ชื่อรุ่นและความถี่ไม่ได้ระบุเบอร์ชิปภายในหรือพิสูจน์ว่าเข้าถึงข้อมูลตัวอย่างดิบได้

1. เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรคืออะไร

โดยทั่วไปคลื่นมิลลิเมตรหมายถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ประมาณ 30GHz ถึง 300GHz ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นประมาณ 1mm ถึง 10mm

ระบบเรดาร์ที่ใช้งานจริงใช้เพียงบางช่วงของสเปกตรัมนี้ ตัวอย่างที่พบบ่อย ได้แก่ 60GHz, 77GHz, 79GHz และย่านประมาณ 80GHz ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดระดับในอุตสาหกรรม

ควรแยกแนวคิดสองประการให้ชัดเจน:ความถี่กลางของการทำงานกำหนดย่านความถี่ของเรดาร์ ในขณะที่แบนด์วิดท์การมอดูเลตที่มีประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความละเอียดระยะทางของ FMCW

2. เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรเป็นเทคโนโลยีการตรวจจับแบบแอคทีฟ

เรดาร์ส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปอย่างแอคทีฟ แล้ววิเคราะห์สัญญาณที่สะท้อนกลับมาจากเป้าหมาย

เป้าหมายไม่จำเป็นต้องมีเครื่องส่งติดตัว ตราบใดที่มันสะท้อนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ากลับมายังเรดาร์มากพอ ระบบก็จะตรวจจับได้

3. เรดาร์ FMCW วัดระยะทางได้อย่างไร

เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรสมัยใหม่จำนวนมากใช้เทคโนโลยี FMCW หรือคลื่นต่อเนื่องแบบมอดูเลตความถี่

เรดาร์ส่งสัญญาณชิร์ปที่ความถี่เปลี่ยนตามเวลาอย่างต่อเนื่อง เมื่อสะท้อนกลับถึงตัวรับ ความหน่วงการแพร่คลื่นสร้างความต่างความถี่ระหว่างสัญญาณสะท้อนที่ล่าช้ากับสัญญาณส่งปัจจุบัน

มิกเซอร์รวมสัญญาณสะท้อนกับสัญญาณอ้างอิงส่งเพื่อสร้างสัญญาณบีต สำหรับเป้าหมายอยู่นิ่งและชิร์ปเชิงเส้นในอุดมคติ ความถี่บีตแปรตามความชันชิร์ปคูณเวลาไปกลับ การเคลื่อน การรั่วของสัญญาณ สัญญาณรบกวน และตัวสะท้อนหลายจุดทำให้การประมาณจริงซับซ้อน เครื่องสำเร็จรูปต้องเลือกผิวที่ตั้งใจ ไม่ใช่เพียงตรวจยอดสเปกตรัม

ดังนั้นเรดาร์ FMCW จึงใช้ความล่าช้าในการแพร่กระจายโดยอ้อมผ่านการเปรียบเทียบความถี่ แทนที่จะพึ่งพาเพียงตัวนับเวลาบินตรงความเร็วสูง

4. บล็อกใดบ้างที่มักถูกรวมอยู่ในชิปเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร

5. เหตุใดความถี่ที่สูงขึ้นจึงรองรับเสาอากาศที่กะทัดรัดกว่า

เมื่อช่องเปิดเสาอากาศเท่ากัน ความยาวคลื่นสั้นอาจลดความกว้างเชิงมุม หรือใช้ช่องเปิดเล็กลงเพื่อให้ลำคลื่นใกล้เคียงเดิมที่ความถี่สูงขึ้น แต่ระยะปลอดสิ่งกีดขวางยังต้องอ้างอิงรูปแบบเสาอากาศจริงและแบบติดตั้ง ความถี่อย่างเดียวไม่ใช่สเปกมุมลำคลื่น

ในเรดาร์วัดระดับอุตสาหกรรม นี่หมายความว่าจุดเชื่อมต่อกระบวนการที่มีขนาดค่อนข้างเล็กก็ยังรองรับลำคลื่นวัดที่รวมศูนย์ ซึ่งง่ายต่อการวางตำแหน่งให้ห่างจากผนังถัง ใบกวน ท่อ และชิ้นส่วนภายในอื่น ๆ

6. ความถี่เรดาร์ที่สูงขึ้นหมายถึงความแม่นยำที่สูงขึ้นโดยอัตโนมัติหรือไม่

ไม่

ประสิทธิภาพการวัดระยะทางที่แท้จริงขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่:

• แบนด์วิดท์การมอดูเลตที่มีประสิทธิภาพ
• อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน
• สัญญาณรบกวนของส่วนหน้าความถี่วิทยุ
• การออกแบบเสาอากาศ
• ประสิทธิภาพของ ADC
• การสอบเทียบระบบ
• อัลกอริทึมการตรวจจับเป้าหมาย

เรดาร์ที่ทำงานที่ 80GHz ไม่ได้แม่นยำกว่าการออกแบบที่ 60GHz หรือความถี่ต่ำกว่าโดยอัตโนมัติ

7. เรดาร์วัดความเร็วและมุมได้อย่างไร

เป้าหมายเคลื่อนทำให้เกิดดอปเปลอร์ การเทียบเฟสและความถี่ของสัญญาณชิร์ปหลายชุดช่วยประมาณความเร็วแนวรัศมี

การวัดมุมมักต้องใช้เสาอากาศรับหลายต้นจัดเรียงเป็นอาร์เรย์ เมื่อเปรียบเทียบความต่างเฟสระหว่างช่องสัญญาณ ระบบก็สามารถประมาณทิศทางที่สัญญาณมาถึงได้

ความละเอียดเชิงมุมขึ้นกับช่องเปิดอาร์เรย์ การจัดช่อง การสอบเทียบ และการประมวลผล ค่าระดับหนึ่งค่าไม่ได้ยืนยันว่าเครื่องวัดมุม ความเร็วแนวรัศมี หรือผิวสามมิติได้ ต้องยืนยันฟังก์ชันเหล่านี้โดยตรงหากโครงการต้องการ

8. แพลตฟอร์มเซมิคอนดักเตอร์และการจัดหาชิ้นส่วน

หากกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เบอร์ชิป หรือการจัดหาระยะยาวเป็นข้อกำหนดสัญญา ต้องมีเอกสารจากผู้จัดหา ภาพทรานสมิตเตอร์หรือย่านความถี่ยืนยันเรื่องเหล่านี้ไม่ได้ สำหรับวางแผนเปลี่ยนทั่วไป ให้เก็บรุ่นเต็ม เวอร์ชันฮาร์ดแวร์หรือเฟิร์มแวร์ ชุดที่อนุมัติ และเอกสารบริการ

• CMOS
• RF CMOS
• SiGe BiCMOS

เทคโนโลยี GaAs และ GaN อาจใช้ในงาน RF ความถี่สูงหรือกำลังสูงบางประเภท แต่ตัวอย่างเหล่านี้ไม่ได้ยืนยันแพลตฟอร์มของเครื่องที่สั่ง ต้องขอข้อมูลชิ้นส่วนจริงจากผู้จัดหา

9. เหตุใดประสิทธิภาพของชิปจึงไม่เท่ากับประสิทธิภาพของเรดาร์ทั้งหมด

ชิปเรดาร์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบการวัดเท่านั้น

ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายยังขึ้นอยู่กับ:

• การออกแบบเสาอากาศ
• การวางผังความถี่วิทยุของแผงวงจรพิมพ์
• การออกแบบแหล่งจ่ายไฟและ EMC
• โครงสร้างตัวเครื่องและฝาครอบเรดาร์
• อัลกอริทึมการประมวลผลสัญญาณ
• การสอบเทียบระบบ
• สภาพแวดล้อมการติดตั้ง

ดังนั้นผลิตภัณฑ์เรดาร์สองชิ้นที่สร้างจากซิลิคอนความถี่วิทยุที่คล้ายกันจึงอาจให้ประสิทธิภาพภาคสนามที่แตกต่างกันอย่างมาก

10. เหตุใดชิปคลื่นมิลลิเมตรจึงสำคัญในเรดาร์วัดระดับอุตสาหกรรม

ในเครื่องระดับ FMCW วงจร RF รองรับการสร้างชิร์ปและรับสัญญาณสะท้อน สเปกเครื่องต้องยืนยันการทำงานร่วมกันของวงจร เสาอากาศ การประมวลผล และการสอบเทียบ อย่าอนุมานแบนด์วิดท์ชิร์ปหรือสถาปัตยกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของ METRAVON จากคำอธิบายทั่วไปของแบบ 80 GHz

อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพภาคสนามขึ้นอยู่กับการผสมผสานที่สมบูรณ์ของส่วนหน้าความถี่วิทยุ เสาอากาศ ช่วงไดนามิก และการประมวลผลสัญญาณสะท้อนของระดับ

สำหรับผู้รวมระบบ หลักฐานที่มีประโยชน์ ได้แก่ ช่วงวัดที่ใช้ได้ การตอบสนองและพฤติกรรมขัดข้อง เอาต์พุต การเข้าถึงการวินิจฉัย และสภาวะที่ใช้ระบุความคลาดเคลื่อน ข้อมูลเหล่านี้ช่วยกำหนดเครื่องมือที่ทดสอบตรวจรับได้ รายการบล็อกประมวลผลภายในอย่างเดียวไม่เพียงพอ

จากสถาปัตยกรรม RF สู่สเปกทรานสมิตเตอร์

ความละเอียดระยะคือความสามารถแยกเป้าหมายที่อยู่ใกล้กัน ความแม่นยำคือความสอดคล้องกับค่าอ้างอิงภายใต้สภาวะที่ระบุ ส่วนความสามารถทำซ้ำคือผลวัดซ้ำในสภาวะเดียวกัน ทั้งสามเป็นคนละข้อกล่าวอ้าง ความละเอียดจอสูงไม่ได้พิสูจน์ข้อใดเลย

ประเมินวิธีที่เครื่องสำเร็จรูประบุผิว ก่อนเปลี่ยนการกรองหรือขอเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์ การตรวจความเชื่อถือได้เรดาร์ที่ภาชนะ

คำถามเกี่ยวกับชิ้นส่วนและข้อมูลเครื่องมือ

การระบุชื่อชิปพิสูจน์ความแม่นยำทรานสมิตเตอร์ระดับหรือไม่

ไม่ เบอร์ชิปไม่ได้ยืนยันรูปแบบเสาอากาศ การแยกกระบวนการ การสอบเทียบ หรือพฤติกรรมเลือกเป้าหมายของเครื่องสำเร็จรูป ต้องเทียบสเปกทรานสมิตเตอร์ทั้งชุดและทดสอบสภาวะที่ต้องใช้ หากเบอร์ชิปเป็นข้อสัญญา ให้ขอยืนยันจากผู้จัดหาโดยตรง แทนการอนุมานจากความถี่หรือตัวเรือน

ผู้รวมระบบควรขอตัวอย่าง ADC หรือค่าระดับที่ประมวลผลแล้ว

ขอข้อมูลตามที่ระบบรับต้องใช้ ลูป PLC มักต้องการค่าวิศวกรรมกับสถานะที่มีเอกสาร ส่วนการพัฒนาอัลกอริทึมอาจต้องใช้ข้อมูลดิบหรือระหว่างประมวลผลที่ทรานสมิตเตอร์กระบวนการไม่เปิดให้ ต้องยืนยันการเข้าถึง รูปแบบ เวลา และการสนับสนุนก่อนซื้อ เอาต์พุต RS485 ไม่ได้ให้ข้อมูล RF หรือ ADC ดิบโดยตัวมันเอง

ระบุข้อมูลและเอกสารที่ส่งมอบ

สำหรับคำสั่งซื้อเครื่องมือ ให้แยกสิ่งส่งมอบสามส่วน ได้แก่ ค่าที่วัดกับสถานะ การวินิจฉัยที่ผู้ใช้เข้าถึง และข้อมูลชิ้นส่วนหรือเฟิร์มแวร์ตามสัญญา ต้องแก้เอกสารที่ขาดก่อนเลือกฮาร์ดแวร์รับข้อมูลหรือยอมรับของทดแทน

สำหรับเครื่องระดับสำเร็จรูป ให้ระบุภาชนะ ตัวกลาง ผิวใกล้สุดและไกลสุด คอถัง และขีดจำกัดกระบวนการ เพิ่มอินเทอร์เฟซโฮสต์และการวินิจฉัยที่ต้องเข้าถึง หากเบอร์ชิป ตัวอย่างดิบ หรือการสนับสนุนเฟิร์มแวร์เป็นข้อสัญญา ให้แยกรายการเพื่อยืนยันเป็นลายลักษณ์อักษร หารือข้อกำหนดเครื่องเรดาร์ทั้งชุด