XENSIV? BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go：超小型低功耗雷達(dá)傳感器的應(yīng)用與配置

在電子設(shè)計領(lǐng)域，雷達(dá)傳感器的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在智能家居、安防等領(lǐng)域。今天，我們要介紹的是英飛凌（Infineon）的XENSIV? BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go，這是一款超小型、低功耗的60 GHz多普勒雷達(dá)傳感器，具有天線封裝，為工程師和愛好者提供了便捷的雷達(dá)應(yīng)用解決方案。

文件下載：Infineon Technologies XENSIV? BGT60LTR11AIP雷達(dá)Shield2Go.pdf

一、概述

1.1 基本情況

Radar Shield2Go可以獨立作為“插件式”雷達(dá)傳感器使用，例如與Arduino板或其他微控制器配合，僅需兩個GPIO（TD和PD）就能檢測物體的運動和運動方向。它采用英飛凌的Shield2Go標(biāo)準(zhǔn)PCB，尺寸超?。?8.8 mm x 23.9 mm），板上配備兩個電位器和開關(guān)，方便機械調(diào)整雷達(dá)的四個QS信號。通過開關(guān)還能在自主模式和SPI模式之間切換。

1.2 兼容性與軟件支持

該傳感器兼容Arduino IDE、Platform.IO（帶有Arduino擴展）和英飛凌的ModusToolbox? SDK。在GitHub上可以找到詳細(xì)的用戶指南，用于集成BGT60LTR11AIP庫。不過，在英飛凌的ModusToolbox? SDK中使用現(xiàn)有庫時，需要手動進行集成并使用自定義清單。此外，通過英飛凌的MyIoT適配器，它還能連接到任何具有Arduino Uno外形尺寸的板子。

1.3 關(guān)鍵特性

• 簡單的運動和方向檢測：僅用兩個GPIO就能輕松檢測物體的運動和運動方向。
• 可編程性：可在Arduino IDE和Platform.IO（VS Code擴展）中進行編程。
• 可配置的檢測范圍：檢測范圍可在0.5 m至7 m之間進行配置。
• LED指示：檢測到物體存在或運動方向時，LED會閃爍。
• 可調(diào)節(jié)設(shè)置：通過電位器和開關(guān)可調(diào)整雷達(dá)的設(shè)置（QS）。
• 超小尺寸設(shè)計：采用英飛凌的Shield2Go格式，尺寸小巧。
• 高性能MMIC：配備60 GHz收發(fā)器BGT60LTR11AIP MMIC，具有一個發(fā)射單元和一個接收單元。

1.4 潛在應(yīng)用

• 智能家居電器原型設(shè)計：如智能燈具、智能門鎖等，可實現(xiàn)人體感應(yīng)和運動檢測功能。
• 安防應(yīng)用：用于入侵檢測、監(jiān)控等場景。

二、硬件和軟件設(shè)置

2.1 硬件設(shè)置

Radar Shield2Go需要一個MCU來進行通信和運行自定義代碼。但即使不連接MCU，只要連接電源，在有物體存在時，方向和運動LED也會閃爍。

• 電源連接：將3.3 V（引腳7）和GND（引腳6）連接到Shield2Go的相應(yīng)電源引腳，電源需提供至少150 mA的電流。連接電源后，PWR LED會亮起。
• 模式設(shè)置：將開關(guān)“QS1: mode”撥到左側(cè)位置，將雷達(dá)設(shè)置為自主模式。
• 推薦MCU：推薦使用英飛凌的XMC?系列開發(fā)板（如XMC1100 Boot Kit、XMC4700 Relax Kit）或Arduino板（如Arduino Uno Rev3、MKR1000）。如果使用的MCU電壓與雷達(dá)不匹配（非3.3 V），則需要進行電平轉(zhuǎn)換。

2.2 軟件設(shè)置

2.2.1 英飛凌XMC?開發(fā)板所需軟件

• Segger J-Link（適用于Windows或Linux）
• Arduino IDE（適用于Windows或Linux）
• XMC-for-Arduino（通過Arduino IDE安裝）
• 英飛凌GitHub倉庫中的Radar BGT60LTR11 Library for Arduino（版本2.0.0或更高，通過Arduino IDE安裝）

2.2.2 Arduino所需軟件

• Arduino IDE（適用于Windows或Linux）
• 英飛凌GitHub倉庫中的Radar BGT60LTR11 Library for Arduino（版本2.0.0或更高，通過Arduino IDE安裝）

2.2.3 XMC?微控制器安裝說明

• SEGGER J-Link預(yù)安裝：在Arduino IDE中使用英飛凌XMC?微控制器，需要在PC上安裝SEGGER J-Link。如果已經(jīng)安裝了DAVE?，則可以跳過此步驟。
• 使用Arduino IDE與XMC?微控制器：在Arduino IDE的“File > Preferences”中，將以下URL粘貼到“Additional Boards Manager URLs”輸入字段中，以將英飛凌的微控制器板添加到Arduino IDE中：

  https://github.com/Infineon/XMC-for-Arduino/releases/latest/download/package_infineon_index.json

  然后導(dǎo)航到“Tools > Board > Boards Manager...”，搜索“XMC”并安裝相應(yīng)的板文件。

三、雷達(dá)模式設(shè)置

3.1 TD和PD信號

3.2 “高級模式”和四態(tài)輸入

3.2.1 “高級模式”

當(dāng)數(shù)字主控制器從復(fù)位狀態(tài)喚醒時，若PLL_Trig引腳為“0”，芯片以基本模式啟動；若該引腳為“1”且QS1為GND或OPEN，則會采樣SPIDI和SPICLK引腳以確定PRT（dc_rep_rate）。默認(rèn)情況下，Radar Shield2Go通過100 kΩ電阻R14連接到VDD_RF（1.5 V），激活“自主模式”和“高級模式”。

3.2.2 四態(tài)輸入基礎(chǔ)

QS1至QS4四態(tài)輸入允許通過一個輸入引腳配置四種不同狀態(tài)。這些輸入在電源啟動時由內(nèi)部主控制器在初始化序列開始時進行采樣，采樣后更改無效果，可通過設(shè)置復(fù)位引腳或在寄存器15（Reg15）中寫入相應(yīng)位來觸發(fā)重新采樣。

3.2.3 QS1 – MMIC操作模式

3.2.4 QS2 – 檢測器閾值

QS2用于選擇檢測器閾值，較低的閾值對應(yīng)較高的檢測范圍。可通過10 kΩ電位器R_QS2控制，順時針旋轉(zhuǎn)增加電壓和檢測閾值，逆時針旋轉(zhuǎn)降低。

3.2.5 QS3 – 檢測器保持時間

3.2.6 QS4 – 工作頻率

四、硬件電路

4.1 電源供應(yīng)

Radar Shield2Go需要連接到3.3 V直流電源，電源需提供至少150 mA的電流。將+3.3 V連接到引腳7，GND連接到引腳6。板上配備了一個150 mA的英飛凌LDO TLS202A1，為雷達(dá)IC提供必要的1.5 V電壓。

4.2 電平轉(zhuǎn)換器

雷達(dá)板配備了3.3 V至1.5 V的電平轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)將電壓信號轉(zhuǎn)換為3.3 V，因此所有輸入/輸出僅適用于3.3 V電壓電平。如果要與5 V電平的設(shè)備配合使用，則需要進一步的電平轉(zhuǎn)換。英飛凌的MyIoT適配器可提供解決方案，能將3.3 V轉(zhuǎn)換為5 V。

4.3 LED指示燈

Radar Shield2Go配備了四個不同的LED：

• 綠色PWR LED：指示+3V3引腳是否連接到電源。
• 藍(lán)色運動LED：指示雷達(dá)檢測到的任何運動。
• 紅色方向LED：指示物體是接近還是離開。
• 黃色LED1：可通過微控制器的外部GPIO通過P10進行控制，作為自定義用戶LED。

4.4 晶體振蕩器

MMIC需要一個具有穩(wěn)定參考時鐘、低相位抖動和低相位噪聲的振蕩器源，振蕩器集成在MMIC內(nèi)部。Radar Shield2Go使用38.4 MHz晶體振蕩器，可節(jié)省電流消耗。

4.5 外部電容器

BGT60LTR11AIP MMIC采用高度占空比操作，并進行采樣和保持（S&H）操作以降低功耗。S&H開關(guān)集成在芯片的每個差分IQ混頻器輸出端口，通過內(nèi)部狀態(tài)機同步控制。S&H和高通濾波器（HPF）之間的電容器為外部電容器，C10、C11、C14和C15是5.6 nF的“保持”電容器，可根據(jù)不同的脈沖寬度設(shè)置進行配置；C8、C9、C12和C13是10 nF的直流阻塞（或高通）電容器，用于獲得4 Hz的高通濾波器。

五、PCB設(shè)計

5.1 層疊結(jié)構(gòu)和布線

PCB采用四層堆疊結(jié)構(gòu)，使用標(biāo)準(zhǔn)FR4材料。在布線時，BGT60LTR11AIP MMIC上的VTUNE引腳應(yīng)保持浮空，避免添加任何組件或連接長導(dǎo)線，以免產(chǎn)生雜散信號。為保證雷達(dá)性能，GND和PWR層與信號層（頂層和底層）分開，并在MMIC周圍保留4至5 cm的橢圓形空間，避免放置任何PCB組件（電源電容器除外）。

5.2 物料清單

文檔中詳細(xì)列出了PCB所需的各種組件，包括電容器、電阻器、LED、開關(guān)、MMIC等的型號、封裝和數(shù)量。

5.3 原理圖

文檔提供了Radar Shield2Go的原理圖，可幫助工程師更好地理解電路結(jié)構(gòu)和信號流向。

六、總結(jié)

XENSIV? BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go為工程師和愛好者提供了一個便捷、靈活的雷達(dá)傳感器解決方案。其超小尺寸、低功耗、可配置性和豐富的功能使其適用于多種應(yīng)用場景。通過合理的硬件和軟件設(shè)置，以及對雷達(dá)模式和硬件電路的深入理解，我們可以充分發(fā)揮該雷達(dá)傳感器的優(yōu)勢，開發(fā)出創(chuàng)新的應(yīng)用產(chǎn)品。

在實際應(yīng)用中，我們還需要注意一些重要事項，如軟件集成的兼容性、不同電位器設(shè)置的實際效果可能存在差異等。同時，在使用前務(wù)必仔細(xì)閱讀相關(guān)文檔，確保對產(chǎn)品的功能和性能有充分的了解。希望本文能為大家在使用XENSIV? BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go時提供一些幫助和參考。你在使用這款雷達(dá)傳感器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。