超寬頻(UWB)技術已經支援了汽車的進階功能，例如免鑰匙汽車門禁系統。除此之外，UWB技術具備良好的測距能力，因此也能輔助汽車艙內的雷達感應。比利時微電子研究中心(imec)研究團隊近期發布一款低功耗UWB晶片，採用創新脈衝成形機制來提升測距精度。
汽車製造商不斷探索和評估能為他們提供競爭優勢的創新技術，例如超寬頻(UWB)技術。UWB是一種短距的無線傳輸技術，已經支援了汽車的進階功能，像是安全的免鑰匙汽車門禁系統。
不過，UWB的技術潛力遠不僅止於此。UWB技術具備良好的測距能力，因此也能輔助汽車艙內的雷達感應，這也使得UWB成為實現車內手勢辨識應用的一項關鍵技術。這些車內雷達感測性能也能用來支援兒童遺留偵測(CPD)解決方案，這些方案能在嬰兒被獨留在停靠的車上時發出警示。
相關研究人員及技術供應商都在積極探討UWB的技術需求，以滿足這些功能。例如，比利時微電子研究中心(imec)的研究團隊近期宣布開始供應一款具備目前最低功耗的UWB晶片，該晶片採用一套創新的脈衝成形機制來提升UWB技術的測距精度。除了這項成果，研究團隊也展示先進的訊號處理演算法能夠為即時、高準確度的車輛乘客偵測及呼吸頻率估測帶來的附加價值。
UWB技術：極具潛力的救命神器
汽車相關協會時常提醒成人切忌獨留小孩在停靠的車輛上，因為他們更容易出現體溫過高及中暑的情況。尤其當汽車在太陽底下曝曬，車內溫度可能在短短15分鐘內飆升至酷熱的高溫狀態。即使在窗戶留個小縫也很難降低此類風險。
儘管各式宣導活動致力於提升相關安全意識，但就美國而言，自1998年起仍有將近1,000名孩童死於車內中暑(Pediatric Vehicular Heatstroke)[1]。要是能夠完備適當的警示系統，就能避免這些死亡發生。好消息是這類警報機制很快就會成真，歐洲新車安全評鑑計畫(European New Car Assessment Programme, Euro NCAP)等措施刺激汽車製造商將納入兒童遺留偵測解決方案視為標準配備[2]。
早期開發的兒童遺留偵測系統主要運用超音波技術來實現，但其準確度會受到外部震動及噪音的影響而有所局限。雷達技術可作為一項可行的替代方案，尤其是60GHz雷達技術。該技術不僅較不容易受到外部干擾，還能提供具備高準確度的偵測結果。然而，毫米波雷達解決方案因為成本高昂，目前較不適合用於量產。
這也是超寬頻(UWB)雷達技術切入的契機。首先，UWB技術的優勢在於目前已經整合於(高檔)汽車內，以支援像是免鑰匙門禁系統等功能。換句話說，汽車業對這項技術並不陌生。除此之外，UWB雷達的操作頻率落在6~10GHz，可以輕易穿越汽車座椅。UWB本身還具有偵測極細微動作的能力，例如嬰兒每次呼吸時的胸腔起伏。最後，該技術的成本比毫米波雷達技術還要低。
如今，技術開發商已經不斷展示及推廣UWB雷達作為救命技術的附加價值，雖然實際應用至今仍未達到商業化。儘管如此，已然顯而易見的共識是，任何可行的解決方案都會需要一套能夠同時進行訊號傳輸及接收的收發器架構，並且該架構應該優先考量極低功耗的性能，才能確保無縫支援以(電動)車輛電池運作的兒童遺留偵測系統。此外，優異的測距精度也會是這項技術獲得成功的關鍵之一。
創新IR-UWB收發器打破低功耗紀錄
比利時微電子研究中心(imec)近期發表了一款符合IEEE 802.15.4z標準的脈衝無線電(IR)UWB收發器(圖1)，其功耗創下歷史新低，為實現車內UWB雷達晶片(Radar-on-chip)應用建立了重要的里程碑。
圖1 imec開發的創新IR-UWB收發器架構，採用3個接收器(RX)及1個發射器(TX)的配置，成功打破低功耗紀錄 (圖片來源：imec)
採用6~9GHz的創新IR-UWB收發器以達到成本效益的矽材應用為基礎，在訊號傳輸/接收(TX/RX)的連續模式下，功耗分別僅有8.7mW/21mW[3]，是至今符合IEEE 802.15.4z標準的先進無線電裝置所能達到的最低功耗。
該款晶片採用28奈米CMOS製程技術，元件面積僅有1.33mm2。之所以能實現低功耗性能，是因為採用了經過高度優化的低功耗抗干擾接收器架構，該架構並與新穎的數位極座標發射器架構進行耦合。分散式兩級全數位鎖相迴路(PLL)則進一步降低該晶片的功耗，並協助縮短定位的測量時間。
參考資料
[1] https://noheatstroke.org/（2023年9月）
[2] https://cdn.euroncap.com/media/75474/euro-ncap-cpd-test-and-assessment-protocol-v11.pdf（2022年11月）
[3] 〈一款採用6-9GHz頻段、符合IEEE 802.15.4a/4z標準及訊號傳輸功率為8.7mW/訊號接收功率為21mW的IR-UWB收發器，結合脈衝預增強處理且測距精度達到1.4mm〉（An 8.7 mW/TX, 21 mW/RX 6-to-9GHz IEEE 802.15.4a/4z Compliant IR-UWB Transceiver with Pulse Pre-Emphasis Achieving 1.4mm Ranging Precision.）。本文發表於2023年IEEE國際超大型積體電路技術研討會（VLSI Symposium）（2023年6月）。
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