L'institut de recherche Imec développe un radar ultra-économe en énergie capable de détecter les micro-mouvements. Cette technologie ouvre des applications innovantes, du contrôle gestuel de smartphones à la surveillance cardiaque des conducteurs.
Cette semaine, à la International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) de San Francisco, l'institut flamand Imec présente un radar 60 GHz pour la détection de mouvements. Les visiteurs peuvent saluer le radar : la position et la vitesse de leur main s'affichent en temps réel. Sa force ? Une consommation d'énergie minimale et un frontal RF entièrement intégré dans une puce CMOS 28 nm.
« Si vous intégrez une puce radar dans un smartphone, vous pouvez l'intégrer dans n'importe quel appareil. Cette technologie remplace non seulement les scanners, mais aussi claviers et souris. » Barend van Liempd, programme manager radar chez Imec.
La technologie radar a beaucoup évolué ces dernières années. Il y a dix ans, Imec explorait comment rendre les capteurs radar plus compacts, économiques et abordables. L'intégration en CMOS, technologie omniprésente, a marqué une avancée majeure. Les radars à ondes millimétriques sont désormais prêts pour la production de masse à bas coût, boostés par la demande automobile.
Aujourd'hui, ils s'invitent dans les wearables, smartphones, drones et capteurs IoT, débloquant de nouvelles applications. Google l'illustre avec le Pixel 4, équipé d'un radar 60 GHz d'Infineon pour les gestes sans contact.
« Ce premier radar mobile est une vitrine, mais des défis persistent pour une adoption massive », note Barend van Liempd. « Nous misons sur le CMOS plutôt que le silicium-germanium pour une meilleure intégration numérique, avec gains en vitesse et consommation. »
« Intégrable partout, le radar redéfinit le contrôle des appareils intelligents », ajoute-t-il. Il remplace scanners, claviers ou souris : suivez votre paume pour interagir à l'écran, tapez dans le vide, pilotez RA/RV ou hologrammes. De nouvelles expériences intuitives émergent.
Pour une adoption grand public, la consommation énergétique doit chuter. « Intégrez-le dans un smartphone ou une montre, mais sans vider la batterie. Nous avons réalisé un bond en avant », souligne van Liempd.
Un radar basse fréquence (24 GHz) est économe mais peu résolutif et volumineux. À l'opposé, 140 GHz offre précision mais gourmande en énergie. Le 60 GHz équilibre tout : détection de personnes, gestes, rythme cardiaque, avec faible puissance.
Contrairement à la bande 79 GHz (automobile), 60 GHz est une ISM libre, idéale pour l'innovation. Son efficacité repose sur une architecture TX/RX innovante et une boucle à verrouillage de phase (PLL) économe.
Comme l'hypothalamus régule nos fonctions vitales, la PLL contrôle le radar. Pour CMOS, on utilise le FM-CW : une onde modulée en fréquence (dent de scie). La PLL assure une rampe linéaire rapide. Le décalage de l'onde réfléchie donne distance et vitesse.
« Pour une précision maximale, la rampe doit être linéaire et raide : répétitions rapides pour détection rapprochée et MIMO angulaire », explique Jan Craninckx, expert Imec. Haute bande passante = haute résolution.
Imec dévoile une PLL générant 10 GHz, rampe de 1,2 GHz en 51,2 µs (23 MHz/µs, écart RMS 90 kHz), pour 12 mW seulement – record d'efficacité. Multipliée à 60 GHz, bande passante x6 (7,2 GHz) pour micro-mouvements ultra-précis : gestes, cœur, mouvements.
« Cette PLL propulse le radar 60 GHz économe vers des applications illimitées », conclut Craninckx.
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