인체의 활력 징후는 보통 역사적으로 심전도와 산소 포화도 센서의 조합을 통해 심장 및 호흡수를 보고하기 위해 환자의 신체에 대한 유선 연결에 의존해 온 모니터링 시스템을 통해 측정합니다. 이러한 센서는 신생아, 중증 화상 환자, 간질 환자, 또는 정신과 병동의 환자의 경우 계속 접촉을 유지하기 어려울 수 있습니다. 이동이 잦은 환자의 경우 환자가 집 주변을 이동할 때 활력 징후를 모니터링하는 것이 어려울 수 있습니다.

밀리미터파(mmWave) 레이더 센서는 환자의 가슴에서도 매우 미세한 움직임을 감지할 수 있습니다. 흉부 움직임은 호흡(기본 주파수)과 심박수 운동(추가 고조파)의 영향을 받기 때문에 흉부 움직임을 미세하게 측정하면 비접촉식으로 활력 징후를 측정할 수 있습니다.

이 기능의 주요 원동력은 센서가 주파수 변조 연속파(FMCW) 감지와 다중 입력, 다중 출력(MIMO) 안테나 레이더 시스템의 조합을 통해 환자 흉부의 위치와 속도를 감지하는 기능입니다.

또한 센서는 침대에서의 움직임을 감지하고, 간병인에게 욕창 발생 가능성을 알리거나, 노인 부부처럼 환자 여러 명을 한 번에 모니터링할 수도 있습니다. 또한, mmWave 센서는 사람이 넘어지면 이를 감지하고 간병인에게 실시간으로 알릴 수 있습니다.

FMCW 시스템에서 정확하고 반복 가능한 측정을 보장하기 위한 매개 변수 중 하나는 처프 램프 선형성입니다. 모놀리식 마이크로파 집적 회로에 전체 아날로그 체인을 통합하면 설계 간 변동이 줄어들 뿐만 아니라 수명과 온도에 대한 효과적인 모니터링 및 교정을 수행할 수 있기 때문에 전체 측정 선형성을 높이는 데 도움이 됩니다.

그림 1에서 TI(텍사스 인스트루먼트) IWR6843의 블록 다이어그램을 보면 송신기-수신기 섹션에 대한 유일한 외부 구성 요소가 표준 40MHz 크리스탈이라는 것을 알 수 있습니다. 이 외부 40MHz 크리스털 외에도 IWR6843은 다음과 같은 완벽한 송신기-수신기 통합을 제공합니다.

• 램프 생성기.
• 분수 위상 고정 루프.
• 20GHz VCO(전압 제어 오실레이터)는 외부로 라우팅될 때(또는 외부 소스에서 선택될 때) 여러 프런트 엔드를 동기화하고 훨씬 더 큰 가상 안테나에서 코히어런트 샘플링을 지원합니다.

또한 IWR6843은 송신기 및 수신기를 위한 전체 RF(무선 주파수) 체인을 포함합니다. 예를 들어:

• 소프트웨어 프로그래밍 가능 전력 증폭기로, 여러 레벨의 송신 전력을 지원하여 링크 버짓을 환경 및 RF 규정에 맞게 조정할 때 유연성을 극대화할 수 있습니다.
• 빔스티어링 용도로 동적 프로그래밍이 가능한 위상 시프터.
• 저잡음 증폭기는 전력 증폭기와 함께 프로그래밍할 때 링크 버짓 미세 조정을 지원합니다.
• 믹서는 처프를 송수신하여 IF(중간 주파수)를 생성합니다.
• IF 아날로그 필터.
• 최대 25MHz의 샘플링 주파수를 제공하는 ADC(아날로그-디지털 컨버터).

전체 RF 체인을 MMIC 시스템 온 칩에 통합하면 기능 안전에 필요한 수준의 진단 기능을 사용할 수 있습니다.

IWR6843의 완전한 디지털 신호 체인 처리 통합은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

• 16비트 범위, 도플러(Doppler) 또는 AOA(도착 각도) FFT(고속 푸리에 변환) 및 기존 레이더 신호 처리 중 CFAR(일정 오경보율)을 지원하는 레이더 하드웨어 가속기입니다.
• 완전히 프로그래밍 가능한 600MHz 디지털 신호 프로세서로, 사용자 정의 신호 처리가 가능합니다.
• 클러스터링, 추적 및 애플리케이션 수준 코드 용도로 완전히 프로그래밍 가능한 200MHz Arm®Cortex®-R4F 마이크로컨트롤러입니다.

IWR6843의 변형인 IWR6843AOP는 다이 레벨 통합 외에도 패키지에 안테나와 함께 제공되어 공간 제약이 있는 응용 제품이나 RF 신호의 PCB 라우팅이 어려운 경우 추가 통합을 제공하고 인쇄 회로 기판(PCB) 면적을 줄여줍니다.

그림 1 IWR6843 블록 다이어그램.