Analogtipp Was bringt die mmWave-Technik für TV-Geräte?

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60-GHz-Radarsensoren (Millimeterwellen) haben verschiedene Vorteile, darunter eine hohe Genauigkeit bei der Bewegungserkennung und das Durchdringen von Wänden. Der IWRL6432 ist ein stromsparendes und kostengünstiges SoC, das die Entwicklung von mmWave-Radarsystemen vereinfacht.

Technologische Fortschritte haben es möglich gemacht, 60-GHz-Radarsensoren in Anwendungen der Unterhaltungselektronik wie Fernsehgeräte und Desktop-Monitore zu implementieren. Durch die geringere Wellenlänge (Millimeterwellen, mmWave) der 60-GHz-Technik und mehrere Sende- und Empfangsantennen lässt sich nicht nur die Anzahl und Position von Personen in einem Raum ermitteln, sondern der Raum auch in mehrere Zonen unterteilen.

Mit 60-GHz-Radar ausgestattete Fernsehgeräte können nicht nur erkennen, ob Personen das Programm verfolgen, um sich gegebenenfalls abzuschalten, sondern auch die genaue Position der Zuschauer erfassen, um die Tonwiedergabe für die einzelnen Sitzpositionen zu optimieren. Nicht zuletzt könnte auch die Zuschauerzahl an die Sendeanstalten und Content-Anbieter gemeldet werden.

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Ein Computermonitor wiederum könnte den Login-Prozess anstoßen, sobald sich eine Person vor ihm befindet, und umgekehrt durch automatisches Abmelden für mehr Sicherheit sorgen, wenn sich die betreffende Person ihren Platz verlässt.

Dank moderner Halbleiter- und Prozesstechniken sind Radarsensoren heute nicht mehr auf das reine HF-Frontend beschränkt, sondern mit integrierten Hardwarebeschleunigern, Signalprozessoren und Speicher ausgestattet. Diese Architektur erleichtert unter anderem die Platzierung der Radarsensoren im Fernsehgerät.

Mit den integrierten Zusatzfunktionen werden beispielsweise Bewegungen ohne externe Prozessoren erkannt. Machine-Learning-Algorithmen können durch Auswertung bestimmter Merkmale unterschiedliche Objekte wie etwa Staubsaugroboter, Ventilatoren oder Haustiere von Menschen unterscheiden, sodass Fehlerkennungen und das ungewollte Aktivieren von Geräten und anderen Funktionen vermieden werden.

Gestenerkennung beim Fernseher

Mit ihrer Fähigkeit, die Distanz, die Geschwindigkeit und die Richtung von Objekten exakt zu bestimmen, eignen sich 60-GHz-Radarsensoren unter anderem auch zur Gestenerkennung für berührungslose Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs). Bei Fernsehgeräten könnte so beispielsweise das Umschalten auf ein anderes Programm oder das Verstellen der Lautstärke veranlasst werden. Sogar der Atemrhythmus eines Menschen lässt sich mit dieser Technik detektieren (Bild 1), und auch eine Schlafüberwachung ist mit geringem Aufwand realisierbar.

Der bei modernen Fernsehgeräten bestehende Trend zu immer schmaleren Bildschirmeinfassungen stellt für moderne Radarsensoren wie den IWRL6432 kein Problem dar, denn der Chip selbst ist sehr klein, und die Millimeterwellen-Technik kommt dank der Wellenlänge mit sehr kleinen Sende- und Empfangsantennen aus.

Die häufig anzutreffenden Antenna-On-Package-Lösungen, bei denen die Antennen direkt in den Radarsensor integriert sind, schränken indes die Flexibilität ein, weshalb man im Fall des IWRL6432 einen anderen Weg ging. Durch das äußerst kleine Gehäuse dieses Bausteins lassen sich die Antennen in die Leiterplatten implementierten (Bild 2), sodass individuelle Anpassungen an den jeweiligen Anwendungsfall möglich sind.

In den meisten Anwendungen muss der Millimeterwellen-Radarsensor stets eingeschaltet bleiben, um Bewegungen und Aktionen zu registrieren. Die übrigen Funktionen werden nur bei Bedarf aktiviert, um Strom zu sparen. Der Stromverbrauch des Radarsensors muss hierfür natürlich möglichst gering sein. Der IWRL6432 unterstützt nicht nur die Präsenzerkennung mit einer Leistungsaufnahme von 2 mW, sondern lässt sich zusätzlich für einen minimalen Gesamt-Stromverbrauch der Zielanwendung konfigurieren. Zum Beispiel kann er für bestimmte Zeitabschnitte in einen Deep-Sleep-Modus versetzt werden.

Der günstige Preis des Radarsensors selbst und der geringe Bauteileaufwand der Gesamtlösung sorgen unter dem Strich für minimale Abmessungen, zumal die Antennenkonstruktion gezielt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden kann.  (kr)

* Zahid Sheikh arbeitet im Industrial Radar Marketing bei Texas Instruments in Dallas / USA.

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