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Radar-Chip mit 60 GHz überwacht kontaktlos Vitalparameter

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Den Herzschlag in einer Entfernung von fünf Meter erfassen sowie Gesten und Handbewegungen: Ein spezieller Radar-Chip mit 60 GHz in CMOS-Technik eignet sich für batteriebetriebene Geräte.

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Einen speziellen Radar-Chip in CMOS-Technik haben Entwickler bei Imec entwickelt. Das System arbeitet mit 60 GHz.
Einen speziellen Radar-Chip in CMOS-Technik haben Entwickler bei Imec entwickelt. Das System arbeitet mit 60 GHz.
(Bild: imec)

Mit hochempfindlicher Radartechnik lassen sich nicht nur Gesten erkennen, sondern auch Vitaldaten. Einen Millimeterwellen-Bewegungserkennungsradar bei 60 GHz hat Imec entwickelt. Integriert ist das Radar in einem CMOS mit 28 nm.

Das Radardesign erzeugt rasch modulierte Wellen mit einem Frequenzanstieg von 12 Prozent in 51,2 µs. Eine hohe Modulationsbandbreite von 7,2 GHz ermöglicht die ultrafeine Auflösung des Sensors. Damit lassen sich Fingerbewegungen, Handbewegungen und Gesten in 3D erfassen. Die Entwickler haben in Experimenten gezeigt, dass der Sensor nicht nur in der Lage ist, multiple Ziele zu erkennen, sondern auch den Herzschlag in einer Entfernung von fünf Metern sowie die Geschwindigkeit eines Fußgänger und dessen Entfernung genau verfolgen und positionieren kann. Das Radar arbeitet im Frequenzband um 60 GHz. Hierbei handelt es sich um das lizenzfreie ISM-Band für IoT-Anwendungen in Industrie und Medizin.

Das System benötigt eine Leistung von 62 mW, was im Vergleich zu herkömmlichen Radargeräten in diesem Frequenzbereich deutlich niedriger ist. Eine kurze Hochlaufzeit von 1 µs unterstützt aggressives Duty-Cycling zur weiteren Leistungsreduzierung. Der Transceiver-Chip misst eine Fläche von 4,15 mm² und ist in 28-nm-Bulk-CMOS-Technik integriert. Für das Einkanalradar ist ein Referenzmoduldesign verfügbar, das die Antenne einschließt und ein gutes Spillover-Verhalten erzielt.

Radar überwacht seine Umgebung

„Da das 60-GHz-Radarsystem extrem kompakt und energieeffizient ist, kann es in intelligente Gesundheitsanwendungen wie Smartphones, Gesundheits-Monitoring-Systeme oder Kleidung integriert werden“, sagt Barend van Liempd, Programm-Manager Radar bei Imec. „Das Radar ermöglicht es solchen Geräten, ihre Umgebung zu scannen, was die Art und Weise prägen wird, wie wir diese Geräte steuern und nutzen.

Die Experimente demonstrieren, dass das Radar in der Lage ist, mehrere Ziele in Innenräumen zu erkennen. Außerdem erkennt es den Herzschlags in fünf Metern Entfernung und verfolgt die Position und Geschwindigkeit eines Fußgängers.
Die Experimente demonstrieren, dass das Radar in der Lage ist, mehrere Ziele in Innenräumen zu erkennen. Außerdem erkennt es den Herzschlags in fünf Metern Entfernung und verfolgt die Position und Geschwindigkeit eines Fußgängers.
(Bild: imec)

So kann ein Telefon mit integriertem Radar auf dem Nachttisch die Schlafqualität durch berührungslose Verfolgung der Atemfrequenz und der Pulsvariabilität überwachen. Das Radar klassifiziert weitere körperliche Aktivitäten, was eine neue Reihe intelligenter Anwendungen im Zusammenhang mit personalisierter Gesundheit, Baby-Monitoring, Sport, Seniorenbetreuung, Patientenüberwachung, Krankenpflege oder Arbeitssicherheit eröffnen wird“.

Die Forschung, die zu diesen Ergebnissen führte, wurde durch das EU-Projekt PRYSTINE des Europäischen Gemeinschaftsunternehmens ECSEL im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 783190 gefördert.

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