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无线传输技术提升AI机器人的性能表现


目前市面上已经有各种家用、商用、工业用机器人在广泛应用,这些机器人都需要结合各式各样的传感器,以便机器人能够更智能的判断位置、方向,做出正确的反应,以往这些传感器需要通过有线方式传输信号,使其在移动时受到一些牵绊与限制,无线传输技术则将会是更好的技术选择。本文将为您介绍用于AI机器人的无线传输技术,以及ST(意法半导体)的相关解决方案。

非接触式无线传输便于机器人组装与维护

目前市面上已经有各式各样的AI机器人,会在家庭、办公室或工厂等不同的环境中工作,其形状各异、运动方式也不同,这些机器人都会集成各种的传感器,像是传感器、摄像头传感器、电机转速传感器、红外传感器、陀螺仪、悬崖传感器、防撞传感器等,这些各式各样的传感器都需要将收集到的信号传送给处理器/,来进行后续的信息判读与处理,以往通常是通过有线方式来传输数据,导致机器内充斥各种电缆与连接器,这对机器的组装与维护,都带来不少的困扰。

另一方面,机器人的运作环境中,通常条件较为恶劣,机器人需要在灰尘、盐分、振动等恶劣的环境中运行,若是采用有线连接方式,这些电缆与连接器将容易松脱、硬化,有时也会对机器人本身的运动带来牵绊、拉扯,通过非接触式的无线连接,则可让机器的故障率大为降低,也可让机器人的运动更为自由。

此外,采用真正无连接器的电子设备、机器人,也可让设备的设计更为简洁、时尚,并可通过各种非接触式配件改善用户体验,并在设备之间带来“点击和同步”等创新功能,且设备的组装更容易,若在医疗设备采用非接触式操控,也可以减少疾病的传播,非接触式的无线传输方式将会是更好的技术选择。



60 GHz射频毫米波适合用于短距离非接触式连接

采用无线方式来传输这些传感器数据,相对于有线方式是更为便利的方式。当然,无线传输技术也相当多样,像是Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee等技术,但如何兼顾速度、功耗之间的平衡,则是选择时要注意的议题。除了上述的无线电传输技术之外,不需要经过授权许可的60 GHz射频毫米波段,能够实现前所未有的多千兆数据速率,且功耗相当低,这为短距离非接触式连接开辟了新的机会。

无线射频毫米波信号传输的优势,在于其是利用射频而非光或声音进行信号传输,因此不会受到烟雾、雨水和弱光等环境因素的影响,这种稳定的特性使其能够在室内和室外应用中都拥有不错的性能。

毫米波传输通常使用多个射频频段,不同地区对各个频段的规范也有所差异,大多数射频传输会使用24GHz、60GHz和77GHz无线电频段。其中的24GHz超宽带段(Ultra-wide Band, UWB),由于欧洲电信标准协会(ETSI)和美国联邦通信委员会(FCC)制定的频谱规则和标准,自2018年9月起已经禁止新产品使用24GHz UWB,所有使用24GHz UWB的现有产品必须在2022年之前逐步淘汰,因此已经不再适合使用。

在汽车应用中通常会使用77GHz频段,但此频段在全球多数地区中,在工厂、建筑和城市基础设施之应用中,包括需要人机互动的应用上会有些限制,而60GHz频段的使用则并未受到限制,使60GHz成为射频毫米波无线传输的理想频段。



ST60可提供高数据速率且节能的无线链路

针对60 GHz频段的射频毫米波传输应用,ST推出了ST60射频收发器,可提供具有高数据速率且非常节能的无线链路,无需物理电缆和连接器即可进行短距离(几厘米)点对点通信,ST60提供一流的无线性能,传输速度高达6.25 Gbps,而且功耗极低。

ST60具有无与伦比的效率、非常小的外形尺寸和优化材料清单(BOM)的创新架构,使其非常适合个人电子产品、工业应用、电脑和外围设备的广泛应用。ST60收发器无连接器解决方案,是具有高数据速率的小型优化无线链路收发器,可实现短距离、点对点非接触式通信的突破,它可提供板对板的非接触式连接,可去除电子设备中的柔性电缆,也可去除工业电子系统中因弯曲和转弯而承受机械应力的电缆,这种无连接器解决方案,特别适用于防水和防尘无线设备,并可用于对移动中的设备到设备进行数据同步的无缝对接,适用于恶劣的工业环境,可避免连接器端口受到环境干扰,是适用于工业应用的非接触式连接器解决方案。



低延迟、低功耗的短距离非接触式连接射频收发器

ST推出的ST60A3G1是具有封装天线(Antenna-in-Package,AiP)的60 GHz射频收发器A3系列,具有60 GHz V波段收发器,可实现高达480 Mbit/s的短距离非接触式连接,并仅有7ns的低延迟,比5G的1ms延迟还要低,是集成了完整射频收发器和天线的紧凑型解决方案。

ST60A3G1可以半双工模式运行,具有44 dB典型总链路预算,以及高达6 cm的自由空间传播损耗,支持eUSB2、UART、GPIO和I2C射频隧道,采用单1.8 V电源供电,其在采用eUSB2接口进行接收/发送时仅需110/130毫瓦(典型值),采用UART/GPIO/I2C接口传输时则为90 mW(典型值),待机时仅需13 μW的低功耗,具有优化的材料清单,无需外部匹配网络和时钟参考,其参考时钟可用于射频链路的一端,以符合特定的区域法规需求。

ST60A3G1采用VFBGA 2.9 mm x 4.1 mm x 0.8 mm,0.4 mm间距的23球微型外形封装,收发器模块包含通用输入/输出(GPIO),在隧道模式下也可使用。若结合ST无线充电解决方案,传感器可封装在密封盒中,以便于在严重干扰的环境下工作。

ST60A3G1可应用于非接触式测试工厂自动化和售后服务、无孔个人设备、非接触式配件、非接触式个人设备的对接集线器和数据传输、工业非接触式连接器、板对板连接和柔性电缆替换。

结语

使用无线传输技术来替代电缆与连接器,已经是AI机器人应用的主流发展方向,便于提升机器人组装与维护的效率。ST推出的ST60系列射频收发器,具备高传输速度、低功耗的特性,可替换掉AI机器人产品内的电缆与连接器,是提升AI机器人性能表现的最佳解决方案。

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