TI הקטינה את המכ"ם לשבב זעיר יחיד

17 מאי, 2017

חברת TI חשפה טכנולוגיה חדשנית שהיא תולה בה תקוות רבות: לאחר 10 שנות פיתוח היא החלה לייצר מערכות מכ"ם זעירות בשבב יחיד – המשמשות כחיישני גלים מילימטריים למערכות בקרה תעשייתיות וכלי-רכב אוטונומיים

חברת טקסס אינסטרומנטס (Texas Instruments) חשפה את אחד מהמוצרים המהפכניים ביותר שלה מהשנים האחרונות, שבעזרתו היא מקווה להיות חברה שתוביל את מהפיכת הרכב המקושר והאוטונומי, ואת השוק התעשייתי המקושר, המבוסס על רובוטים ומערכות עתירות אוטומציה: מכ"ם שלם בתוך שבב. הטכנולוגיה החדשה נחשפה בשבוע שעבר בלונדון בפני קבוצה מצומצמת של עיתונאים מאירופה (כולל Techtime).

סגן נשיא בכיר בחברת TI והאחראי על תחום המערכות המשובצות, גרג דלאגי (Greg Delagi), אמר שמדובר בפרוייקט פיתוח שהתחיל כבר לפני 10 שנים. "בשוק קיימים היום רכיבי מכ"ם ואותות מעורבים המבוססים על סיליקון גרמניום, אולם הם לא מספקים את מעטפת ההספק והמחיר שדרשנו מהרכיבים החדשים. לכן התחלנו לפני כעשור בפרוייקט מחקר של טכנולוגיית CMOS. במסגרת הזאת הגדרנו מבנה חדש של טרנזיסטור ופיתחנו טכנולוגיית ייצור המאפשרת לייצר מעגלי אותות מעורבים (אנלוג ודיגיטל) העובדים בתדרים מהירים מאוד ומיוצרים מסיליקון בלבד.

"התוצאה היא היכולת שלנו לחשוף כיום מכ"ם שלם בשבב יחיד, אשר מגיע לצריכת הספק חסכונית ביותר של 150 מילי-ואט בלבד. ביצועים כאלה לא ניתן להשיג ברכיבי SiGe. הטכנולוגיה הזו מאפשרת לנו להכריז היום על רכיב מכ"ם המגיע לדיוק מדידת מרחקים של שערת אדם, טווח של כמה מאות מטרים בתצורות פעולה שונות, המאפשר בניית חיישני מכ"ם מושלמים במודולים קטנים בגודל של 25 מ"מ על 25 מ"מ בלבד. הטכנולוגיה הזו משנה את האופן שבו ישתמשו במכ"ם".

גלים מילימטריים בתוך השבב

חיישני הגלים המילימטריים (mmWave) החדשים עובדים בתדרי 76GHz-81GHz ומפעילים מכ"ם זעיר מסוג Frequency Modulated Continuous Wave – FMCW. הם מופיעים במארז BGA סטנדרטי בגודל של 10.4 על 10.4 מ"מ. הם יוצאים לשוק בשתי משפחות: משפחת חיישני AWR ליישומים בתחום הרכב האוטונומי ומשפחת חיישני IWR ליישומים בתחום האוטומציה התעשייתית והבית החכם. בשלב הראשון כל משפחה כוללת חמישה רכיבים שונים. הרכיבים מופיעים בתצורה של שבב חיישן הכולל את המעגלים האנלוגיים ומעבד DSP או MCU, או בתצורה של חיישן מורכב יותר הכולל גם מעבד DSP וגם מעבד MCU.

כל רכיב מאפשר ליישם חיישנים שונים ברזולוציית מרחק של 4 ס"מ עד לטווח מכסימלי של כ-300 מטר, ולקבל רמות דיוק של עד 50 מיקרומטר (פחות משערת אדם). בטווח התדרים שנבחר, החיישנים חודרים חומרים כמו פלסטיק, קירות יבשים, ביגוד, זכוכית וחומרים נוספים.

כמו כל מכ"ם, הם חודרים את האטמוספירה גם בתנאים קשים כמו גשם, ערפל, אבק וקרח. כך למשל, הם יודעים להבחין בין מים לבין קרח, ומספקים אינדיקציה מדוייקת האם המכונית נוסעת על-גבי כביש רטוב או כביש שיש עליו שכבת קרח דקה. לדברי סמיר וואסון, מנהל תחום רכיבי המכ"ם ב-TI, עדיין לא ברור מה יהיו כל היישומים שהשוק ימצא עבור הרכיבים החדשים, "אבל חלק מהם ברור מאליו. אנחנו יודעים בוודאות שהם מתאימים לשוק הרכב ולכן רכיבי משפחת AWR1x עומדים בדרישות תקן SAE Level 2  של תעשיית הרכב המאפשרים לפתח מערכת עזר בטיחותיות (ADAS) ובדרישות תקן ISO 26262, המאפשר לתכנן מערכות בעלות אוטונומיות גבוהה ברמת ASIL-B".

הגדרה מחדש של המושג חיישן

בתחום הרכב, TI מציגה מספר פתרונות לדוגמא שיכולים לקבל מענה באמצעות החיישנים: חיישן קירבה המונע נעילת הרכב כשילד נשאר בתוכו, זיהוי מחוות, ניטור מצב הנהג, מערכות בקרת נתיב והתראה בפני התנגשות, סיוע בחנייה, ראיית 360 מעלות, חיישן קירבה לכלי-רכב אחרים, זיהוי נתיב, יכולת הבחנה בין כביש רטוב לכביש מצופה שכבת קרח ועוד. להערכת פרייס ווטרהאוס כ-10 מיליון מכוניות צפויות להגיע לכביש עד 2020. חברת BI Intelligents מאמינה שכ-56% ממפעלי התעשייה בעולם יבצעו השקעות לשיפור היעילות ב-5 השנים הבאות וחברת גרטנר העריכה שכ-81% מהמבנים יכילו מערכות בית חכם עד לשנת 2020. כל אלה הם שוקי יעד מרכזיים לרכיבים החדשים.

ביחד עם הרכיבים חברת TI מספקת ערכת פיתוח (SDK) הכוללת אלגוריתמים, ספריית קבצים לפישוט תהליך הפיתוח של מעגל ה-RF באמצעות פחות מ-20 מממשקי תכנות (API) וסדרה של תכנוני ייחוס להמחשת השימוש בחיישני המכ"ם. כל הרכיבים מתוכננים באמצעות אותה תוכנה כדי לאפשר הגירה קלה ביניהם. הטכנולוגיה מספקת תכונות מיוחדות: למשל גילוי מתכות מתחת לבגדים, איתור נזילות בתוך קירות ובניית רחפנים בטוחים יותר. הכוונה היא לתכונה ייחודית: חיישני המכ"ם מזהים בקלות כבלים חשמליים באוויר, שקשה לאתר באמצעות המצלמות הקיימות כיום ברחפנים. היכולת הזו מאפשרת להם להימנע מהתנגשות בכבלי חשמל.

מגורים משותפים אנלוגיים דיגיטליים

בשלב הנוכחי החיישנים מיוצרים בטכנולוגיית CMOS בגיאומטריה של 45 ננומטר. מעבד ה-DSP שלהם מבוסס על מעבדי C6000 של טקסס אינסטרומנטס ומעבד ה-CPU הוא ARM R4F. ממשק התקשורת האלחוטי כולל מעגל לאיתור הפרעות מצד חיישני מכ"ם אחרים המצויים בסביבה, ומאפשר להפעיל אלגוריתם ביטול הפרעות במטרה להפעיל במקביל כמה חיישנים בו-זמנית בלא חשש שישפיעו אחד על השני.  בסך הכל, 45% משטח השבב מוקדש למעגלים אנלוגיים ומעגלי RF, והשאר הוא מעבדים וזכרון. לדברי גרג דלאגי, האתגר הגדול ביותר היה לתכנן את מעגל האותות המעורבים: "המעגלים הלוגיים מייצרים רעש המפריע לפעולת המעגלים האנלוגיים. התגברנו על-כך באמצעות תכנון מבנה חדש לחלוטים של טרנזיסטור המיועד לשימוש במעגלים האלה".

למידע נוסף: www.ti.com/mmwave-pr-eu

פורסם בקטגוריות: חדשות , סמיקונדקטורס , רכיבים ופתרונות אלקטרוניים