Nieke Roos
1 March 2013

Afgelopen augustus zag Omniradar de eerste prototypes van zijn eenchipradar van de band rollen bij NXP. Halverwege dit jaar denkt het Eindhovense bedrijfje klaar te zijn voor productie op grotere schaal.

Paul van Zeijl werkte bij Philips Research aan radar, maar merkte dat dat daar geen topprioriteit had. Hans Brouwer was na het faillissement van de Vughtse systeembouwer CPS Europe op zoek naar een nieuwe uitdaging en had radar hoog op zijn lijstje van interessante technologieën staan. Een gemeenschappelijke kennis aan de TU Delft koppelde de twee in 2011 aan elkaar en Omniradar was geboren. Met eigen geld en twee STW-valorisatiebeurzen van vijfentwintig- en tweehonderdduizend euro werkt het fabless halfgeleiderbedrijfje uit Eindhoven aan een eenchipradar. CEO Brouwer: ’Midden dit jaar zijn we klaar voor in-designs met oplages van tienduizenden stuks.‘

De radarchip is vrijwel kant-en-klaar en komt met alles erop en eraan, waaronder een antenne om te zenden en twee om te ontvangen en analoog-digitaalconversie voor de 60-GHz-band waarin het IC werkt. Gebruikers hoeven geen complexe microgolf- of RF-bordontwerpen te maken, maar kunnen hun applicatie afbouwen met eenvoudige laagfrequente componenten. Door de eenchipradar te koppelen aan een standaard microprocessor, DSP of FPGA kunnen ze direct beginnen met de algoritmes voor de dataverwerking. Er is ook een variant zonder antennes, die te combineren is met een losse (maatwerk)array op dezelfde printplaat.

Omniradar team
Op dit moment telt Omniradar vier medewerkers: systeemarchitect Tim Savelyev, design-engineer Jacques Rompen, CTO Paul van Zeijl en CEO Hans Brouwer (van links naar rechts).

Omniradar richt zich op productontwikkelaars die radartechnologie inkopen en opnemen in systemen die zij zelf weer wegzetten bij eindgebruikers. Klanten zijn er nog niet, maar de start-up werkt al wel nauw samen met een aantal bedrijven om te bekijken wat de chip voor hen kan betekenen. Een belangrijke partner is Radarxense uit Maarssen, dat complete radarmodules levert voor non-automotivetoepassingen (zie Bits&Chips 3, 2012). ’Zij zijn er vanaf het begin bij betrokken geweest‘, vertelt Brouwer. ’Ze hebben ons geholpen met de specs en overwegen nu om ons front-end te gebruiken omdat dat beter is dan wat ze nu hebben. Daarnaast zijn we in gesprek met Chess.‘

Verdere integratie

Radar zit in de lift, verklaren de oprichters van Omniradar hun keuze voor deze technologie. ’Er zijn een heleboel manieren om de nabijheid van objecten te detecteren: camera, infrarood, lidar, ultrasoon‘, neemt Brouwer het woord. ’Radar is echter superieur, zeker in moeilijke omstandigheden zoals wind, regen, mist en duisternis. Zogeheten Pirretjes, passieve bewegingsmelders op basis van infrarood, hebben daar bijvoorbeeld heel veel last van valse alarmen. Een zeer recente studie van de Duitse auto-industrie bedeelt radar bovendien een belangrijke rol toe in automotive.‘

De Eindhovense starter is niet de enige die die kansen heeft gespot, maar wel een van de weinige die zijn heil zoekt op 60 GHz. ’De bestaande radaroplossingen zitten vooral in de 5- en 24-GHz-banden‘, stelt Brouwer. ’Dat zijn echter vaak meer discrete oplossingen, wat betekent dat het designwerk complex is en dus duur. De ISM-band rond 5 GHz is bovendien drukbezet, zodat je daar veel last hebt van interferentie. 24 GHz heeft weer als nadeel dat die band slechts een kwart gigahertz breed is, waardoor je veel minder resolutie haalt.‘

’Met een kwart gigahertz bandbreedte op 24 GHz moeten twee objecten minimaal drie kwart meter uit elkaar staan om ze van elkaar te kunnen onderscheiden‘, haakt CTO Van Zeijl in. ’Op een halve meter zie je ze als één object. De 60-GHz-band is momenteel een halve gigahertz breed, waarmee je dus al twee keer zo veel resolutie hebt en naar 35 centimeter gaat. Binnenkort wordt de vrije bandbreedte rond 60 GHz zelfs zeven gigahertz en kun je objecten tot op vier centimeter uit elkaar houden.‘

De componenten voor 60 GHz zijn ook een stuk compacter. Van Zeijl: ’Hun afmetingen zijn evenredig met de golflengte. Van 24 naar 60 GHz gaat die met een factor twee tot drie naar beneden, zodat ook de componenten twee tot drie keer kleiner kunnen. Dat maakt verdere integratie mogelijk. Onze chip is daardoor niet alleen nog kleiner, we kunnen er zelfs de antennes in opnemen.‘

Onder de dollar

Dat 60 GHz minder gangbaar is bij de beoogde doelgroep van autofabrikanten zien de mannen van Omniradar niet als een probleem. ’Zij werken vooral met 77 GHz. Het zal een herontwerp vergen van onze chip maar er zijn zeker mogelijkheden‘, meent Van Zeijl. ’De grootste uitdaging is om binnen te komen. Autofabrikanten worden heel erg afgeschermd door hun eerstelijnsleveranciers. Die vertellen niet wat er allemaal mogelijk is, maar leveren gewoon hun eigen radartechnologie. Op een workshop in Zweden hadden we vorig jaar echter de gelegenheid om onze oplossing direct aan mensen van Volvo te laten zien. Die waren zo enthousiast dat we nu een uitnodiging hebben om eens langs te komen, dus misschien dat we straks wel een speciale variant mogen maken voor de auto-industrie.‘

Een interessante plek in de auto is de benzinetank. ’Daar gebruiken fabrikanten nog vlotters om het peil te meten‘, aldus Brouwer. ’Dat is bijna prehistorische technologie. Iedereen die wel eens met nul op de teller nog tachtig kilometer heeft gereden, weet hoe onnauwkeurig ze zijn. Maar ja, ze kosten twee keer niks en daar gaat het om in de automotivesector. We zijn er echter van overtuigd dat we iets unieks hebben dat daar voor een doorbraak kan zorgen.‘

Omniradar chip 02
De Eindhovense eenchipradar meet slechts 0,6 bij 0,7 centimeter, waar vergelijkbare digitale componenten al snel vijf keer zo groot zijn.

Hetzelfde geldt voor het meten van vloeistofniveaus in andere domeinen, gaat Brouwer verder. ’In olieopslagtanks maken ze bijvoorbeeld ook gebruik van radar om het peil te bepalen. De bestaande systemen zijn vrij groot en duur, zodat daar kansen liggen voor ons. Met honderdduizend stuks is de markt op dit moment alleen wat klein om echt interessant te zijn voor een nieuwe speler. Een andere aardige toepassing is bepalen in welke stand een hydraulische cilinder zich exact bevindt. Daar zijn nu allerlei complexe mechanismen voor, onder meer door bij te houden hoeveel olie erin is gegaan. Het kan veel directer en veel goedkoper door met onze chip de hoogte van de vloeistofkolom in de cilinder te meten. Of hier echt een markt voor is, moeten we nog bekijken.‘

Verder ziet Omniradar mogelijkheden in achteruitrijsensoren, parkeersensoren en sensoren die de deur openen of het licht aandoen als ze de aanwezigheid van mensen detecteren. Brouwer: ’In potentie zijn dat afzetgebieden van honderden miljoenen stuks. Door vergaande integratie denken we de prijs van onze oplossing zo te kunnen drukken dat we die markten kunnen openbreken.‘ Van Zeijl vergelijkt het met Bluetooth-chips: ’Daar zijn ze ooit begonnen met een target van onder de vijf dollar; nu zitten ze al onder de dollar. Bij voldoende grote aantallen gaan wij ook die richting op.‘

Echt Hollands

Op zoek naar een productiepartner klopten de twee met hun businessplan aan bij NXP, waar Brouwer en vooral Van Zeijl goede contacten hebben. ’Na mijn promotie in de elektrotechniek aan de TU Delft ben ik aan de slag gegaan bij Ericsson‘, verklaart de laatste. ’In Enschede heb ik gewerkt aan Dect-IC‘s, die we lieten maken in het Qubic-proces van Philips Semiconductors, en in Emmen heb ik aan de wieg gestaan van ‘s werelds eerste Bluetooth-systeemchip. Tien jaar geleden ben ik overgestapt naar Philips Research om onderzoek te doen aan draadloze IC‘s. Bij het huidige NXP ken ik nog verschillende mensen met wie ik toen heb samengewerkt en die bij de afsplitsing van Philips zijn meeverhuisd.‘

Die connecties kwamen bij Omniradar goed van pas. ’We zijn gaan praten bij NXP en daar waren ze eigenlijk gelijk bereid om ons te ondersteunen en ons toegang te geven tot hun processen‘, vervolgt Brouwer. ’We hebben nu een overeenkomst dat zij onze chip gaan maken in Qubic.‘ ’Het zal nog wel even spannend zijn als we naar grote aantallen gaan, want het is voor ons allemaal de eerste keer dat we een chip in productie brengen voor 60 GHz‘, vult Van Zeijl aan. ’Die onzekerheid heb je sowieso als je vanuit de research naar een product gaat, maar in het verleden is het me gelukt met Dect en Bluetooth en ik ben ervan overtuigd dat het nu weer gaat lukken.‘

Om de chip te verpakken, hebben de Eindhovenaren een speciaal LGA-omhulsel laten ontwikkelen. ’De gebruikelijke metalen frames verstoren de werking van de antennes die wij aan boord hebben‘, legt Brouwer uit. ’Onze verpakking heeft een onderkant die de signalen optimaal doorlaat. Dergelijke LGA-modules zie je steeds meer; ze zijn lekker klein, je kunt ze op maat laten maken en je kunt er zelfs meerdere chipjes in kwijt. Voor de onze hebben we min of meer om de hoek een prima producent gevonden.‘

Zo levert Omniradar een echt Hollands product: zowel de technologieontwikkeling als de productie van de chip en de verpakking gebeurt hier. Dat was volgens Brouwer ook een van de uitgangspunten. ’In Nederland hebben we heel veel radarexpertise, onder meer bij Thales en TNO, en heel veel halfgeleiderkennis. Beide wilden we uitnutten.‘

Eigen onderkomen

Eind januari was de tweede tape-out van het Omniradar-IC. ’We zijn de chip nu aan het verbeteren om vanaf mei op beperkte schaal grotere aantallen te kunnen leveren. Daarnaast zijn we algoritmes aan het schrijven zodat we halverwege dit jaar hele applicaties kunnen bouwen met klanten‘, blikt Brouwer vooruit. ’Begin 2014 willen we het IC als standaard component beschikbaar hebben, dus inclusief ondersteuning en ontwikkeltools.‘

Behalve uit Brouwer en Van Zeijl bestaat Omniradar op dit moment uit design-engineer Jacques Rompen en systeemarchitect Tim Savelyev, maar uitbreiding staat op de kortetermijnplanning. Het team heeft nu nog onderdak bij de faculteit Elektrotechniek van de TU Eindhoven. In ruil daarvoor verleent Van Zeijl als visiting scientist hand- en spandiensten aan de afdeling. Binnenkort hoopt het bedrijf echter een eigen onderkomen te betrekken op Strijp.