角雷達（包括前向角雷達和后向角雷達）通常是短距離雷達，可滿(mǎn)足盲區檢測（BSD），變道輔助（LCA）和前后交通警報（F / RCTA）的要求；而前向雷達主要是用于自主緊急制動(dòng)（AEB）和自適應巡航控制（ACC）的中遠程雷達應用。

 

傳統的角雷達主要是基于24GHz技術(shù)，但由于新興的法規要求，并且需要更高的帶寬，更小的尺寸以及更高的性能，角雷達正逐步向77 GHz頻帶轉移。

 

本章節將會(huì )基于A(yíng)WR1642介紹適用于角雷達的短程雷達解決方案。由于系統的框圖跟之前的道閘雷達大同小異，主要的區別在于三點(diǎn)，一是雷達芯片使用的是AWR1642；二是接口芯片為汽車(chē)常用的CAN接口；三是為了讓RF供電的電源軌更加干凈，后面再用了一級LDO進(jìn)行濾波之后再為車(chē)載的雷達芯片供電。

 

圖- 1 角雷達應用的系統框圖

 

下面將會(huì )圍繞著(zhù)AWR1642進(jìn)行詳細的展開(kāi)。

 

AWR1642的高層次架構

 

AWR1642是高度集成的單芯片77 GHz毫米波雷達，其中包括兩個(gè)發(fā)射端和四個(gè)接收端，一個(gè)600 MHz可編程的C674x DSP以及一個(gè)200 M Hz可編程的ARM Cortex-R4F處理器。該器件支持RF帶寬，覆蓋76-77 GHz和77-81 GHz頻段。如圖2所示，該器件包括四個(gè)主要模塊：射頻/模擬前端子系統，BIST子系統，DSP子系統和主控子系統。

 

圖- 2 AWR1642的高層次架構

 

●    射頻/模擬前端子系統，包括射頻和模擬電路：合成器，功率放大器（PAS），低噪聲放大器（LNA），混頻器，中頻（IF）鏈路和模數轉換器轉換器（ADC）。該子系統還包括晶振，溫度傳感器、電壓監視器和通用ADC。AWR1642器件使用一種復雜的基帶架構，可以提供同相（I通道）和正交（Q通道）輸出。

 

●    內建自測試子系統，又稱(chēng)為BIST子系統，包括數字前端，斜坡發(fā)生器和一個(gè)用于控制和配置低級射頻模擬電路以及斜坡發(fā)生器的寄存器的內部處理器。（注意：該處理器是TI編程的，可以滿(mǎn)足RF校準需求和BIST /監視功能，但它不能直接提供給用戶(hù)使用。）數字前端負責濾波和抽取原始ADC輸出，并以可編程的采樣率提供最終的ADC數據采樣。

 

●    DSP子系統包括一個(gè)時(shí)鐘頻率為600 MHz的TI C674x DSP ，用于雷達信號處理，通常是處理原始的ADC數據。該DSP是用戶(hù)可編程的，并且在使用時(shí)具有完全的靈活性。

 

●    主控子系統包括主頻為200MHz的ARM的車(chē)規級Cortex-R4F處理器，這是用戶(hù)可編程的。該處理器控制器件的整體操作，處理通信接口，并且實(shí)現更高層的算法，例如目標分類(lèi)和追蹤。該處理器還可以運行AUTOSAR系統。

 

AWR1642可用于短距離雷達（SRR）應用。該器件包括一個(gè)QSPI接口，可以直接從串行閃存下載用戶(hù)代碼；并且還包含了CAN-FD和CAN接口，因此可以與車(chē)輛CAN總線(xiàn)或專(zhuān)用CAN總線(xiàn)上的其他傳感器直接通信；還可以使用SPI /I2C接口控制PMIC。

 

AWR1642 的可用總內存為1.5 MB。它支持在R4F program RAM，R4F data RAM，DSP L1和L2內存以及radar data 內存（L3內存）之間進(jìn)行分區。表1列出了一些示例內存配置。

 

表- 1內存配置示例

 

●    DSP子系統中的L2內存為256 KB，通常用于DSP應用的指令和即時(shí)數據。DSP子系統還包括32 KB的L1內存和data RAM，它們可以全部或部分配置為高速緩存。

 

●    R4F具有448 KB的專(zhuān)用內存，該內存在R4F緊密耦合的內存接口TCMA （256 KB）和TCMB（192 KB）之間分配。盡管完整的448 KB內存沒(méi)有設置并且可用于指令或數據，但典型的應用程序會(huì )將TCMA用作指令存儲器，并將TCMB用作數據存儲器。

 

●    剩余的768 KB是L3內存，可用作雷達數據立體內存。還能以128 KB的增量為R4F共享多達512 KB的L3內存。

 

DSP優(yōu)勢

 

AWR1642的關(guān)鍵優(yōu)勢之一是其內置的C674x DSP。調頻連續波（FMCW）雷達技術(shù)在過(guò)去幾年中取得了長(cháng)足的發(fā)展。雷達在當前的車(chē)輛中扮演著(zhù)更重要的角色，不僅是駕駛員的舒適度方面，還有安全方面。這些應用還使雷達在空間分辨率，速度分辨率以及目標檢測和分類(lèi)方面的性能要求更加嚴格。

 

AWR1642中完全可編程的DSP可以使客戶(hù)能夠實(shí)施專(zhuān)有算法并構建創(chuàng )新的解決方案，以解決雷達性能方面的難題。 圍繞算法的研究不斷進(jìn)步，可以提高幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的性能，例如：

 

●    緩解干擾：隨著(zhù)越來(lái)越多的車(chē)輛采用雷達技術(shù)，雷達之間的干擾問(wèn)題變得越來(lái)越嚴重。在這種情況下，用于檢測和緩解干擾的創(chuàng )新算法是研究和信號處理算法開(kāi)發(fā)的活躍領(lǐng)域。

 

●    改進(jìn)檢測算法：雷達的新興應用，包括全自動(dòng)駕駛的終極視野，因此需要與目標檢測，地面雜波去除和最小化錯誤檢測相關(guān)的改進(jìn)算法，以確保穩定性。

 

●    高分辨率角度估計：與雷達相關(guān)的主要挑戰之一是受限的角度分辨率。超越傳統波束成形的幾種先進(jìn)的角度估計算法可以改善角度分辨率，其中包括通過(guò)旋轉不變技術(shù)（ESPIRIT）進(jìn)行信號分類(lèi)（MUSIC）和信號參數估計。

 

●    聚類(lèi)和目標分類(lèi)算法：這是研究和算法開(kāi)發(fā)的另一個(gè)活躍領(lǐng)域，尤其是需要使用高分辨率的雷達點(diǎn)云和使用微多普勒技術(shù)識別行人的目標分類(lèi)算法。

 

為了滿(mǎn)足這些需求，內置的DSP實(shí)現了高性能和完全可編程的信號處理能力。 表2提供了一些典型雷達信號處理例程中DSP性能的基準數據。

 

表- 2常見(jiàn)雷達信號處理例程的基準數據

 

加密安全

 

AWR1642 提供了安全的啟動(dòng)機制。安全啟動(dòng)是一種安全性使能程序，它提供了機制來(lái)幫助將代碼算法保持在加密形式并幫助防止未經(jīng)授權的訪(fǎng)問(wèn)。而且，它有助于避免將流氓代碼植入到設備上，從而防止設備運行更改后的代碼/功能。

 

為了加快計算量大的編碼和解碼過(guò)程，AWR1642配備了基于硬件的加速器安全功能，應用程序也可以使用這些功能來(lái)實(shí)現額外的安全性。

 

●    高級加密標準（AES）。

●    安全哈希加速器（SHA2）。

●    真隨機數生成器（TRNG）。

●    公鑰加速器（PKA）。

 

此外，AWR1642提供了一種安全的調試機制，使調試過(guò)程輕松自如，同時(shí)幫助保護器件免受各種威脅。

 

安全

 

AWR1642是TI SafeTI ™設計套件的一部分，可幫助開(kāi)發(fā)人員在其應用中實(shí)現ISO26262 ASILB等級的功能安全。

 

AWR1642遵循一個(gè)稱(chēng)為“安全島”的概念，該概念涉及硬件診斷的應用程序和軟件診斷之間的平衡，以幫助管理功能安全。上電時(shí)它會(huì )全面測試一組核心元素，并對其進(jìn)行密切監控，以幫助提供正確的軟件執行。 此核心元素集包括電源、時(shí)鐘、復位、R4F處理器、以及關(guān)聯(lián)的程序和數據存儲器，以幫助執行軟件，從而在其他元素（例如外圍設備）上能實(shí)現基于軟件的診斷。

 

該器件還包括先進(jìn)的內置電路，用于監控RF和模擬前端電路，運行TI固件的專(zhuān)用處理器（延遲鎖定步驟）內核有助于簡(jiǎn)化應用程序開(kāi)發(fā)，并且完全可以使DSP和MCU每秒從任何種類(lèi)的雷達前端監控中獲取百萬(wàn)條指令（MIPS）。

 

AWR1642傳感器支持以下前端診斷功能：

 

●    合成器線(xiàn)性調頻監視器。

●    TX輸出功率監視器。

●    基于射頻環(huán)回的噪聲系數，增益不平衡和相位不平衡監視器。

●    RX飽和度監視器。

●    基于IF回送的IF放大器（IFA）抖動(dòng)衰減監視器。

●    Ball-break監控器。

●    溫度傳感器。

 

其他關(guān)鍵診斷功能包括用于中央處理器（CPU）內核的邏輯BIST，用于所有存儲器的存儲器BIST，用于每個(gè)處理器的窗口式看門(mén)狗，端到端糾錯碼，存儲器保護單元，時(shí)鐘和電源監視器，復位時(shí)的故障波動(dòng) ，以及錯誤信號發(fā)送模塊。

 

這些功能有助于使開(kāi)發(fā)人員更輕松，更快速地實(shí)現ASIL-B功能安全性。對安全至關(guān)重要的開(kāi)發(fā)需要管理系統性故障和隨機性故障。 TI為安全關(guān)鍵型半導體創(chuàng )建了獨特的開(kāi)發(fā)流程，定制了ISO 26262：2011的功能安全生命周期，以最有效地滿(mǎn)足非安全環(huán)境（SEooC）的需求。 此開(kāi)發(fā)過(guò)程已通過(guò)獨立第三方審核員TÜVSÜD的認證。

 

AWR1642用例

 

AWR1642是用于短程汽車(chē)市場(chǎng)雷達應用的radar-on-chip。以一個(gè)多模式的使用示例為例，短距離雷達（SRR）的范圍為80 m，超短距離雷達（USRR）的范圍為20 m；配置可參考表3 。

 

*使用速度歧義度解析技術(shù)可以提高實(shí)際最大速度。

表- 3 多模SRR示例的線(xiàn)性調頻配置示例

 

表3中的示例使用512 KB雷達數據立方體內存，并通過(guò)八個(gè)虛擬天線(xiàn)（兩個(gè)TX，四個(gè)RX）實(shí)現了80 m的范圍。其他變化也有可能實(shí)現不同的系統性能指標。

 

下圖3描繪了在25 m和40 m處兩點(diǎn)物體的模擬情況下，具有80 m線(xiàn)性調頻配置的雷達圖像。 圖3的左側描述了目標的范圍和相對速度，而右側則顯示了目標的范圍和相對速度。

 

圖- 3 兩點(diǎn)目標模擬情況的雷達二維FFT圖像

 

與24GHz相比，在BSD等應用中使用76–81GHz可以實(shí)現高范圍分辨率（可能達到4 cm的分辨率）和更高的速度分辨率（這對于停車(chē)輔助應用很重要） ，而且還可以減小天線(xiàn)的外形尺寸，這是一個(gè)明顯的優(yōu)勢。

 

R4F處理器具有704 KB的可用內存，可用于高層算法，例如群集和跟蹤，以及控制和主機接口功能（包括AUTOSAR，這是獨立傳感器實(shí)現通常需要的）。開(kāi)發(fā)人員還可以考慮在DSP中實(shí)現諸如群集和跟蹤之類(lèi)的更高層算法。

 

圖- 4 使用AWR1642 mmWave傳感器的角雷達系統拓撲

 

圖4為將AWR1642安裝在車(chē)輛四個(gè)角落的角雷達系統拓撲，并且將原始檢測到的物體饋送到雷達融合盒子的情況。在這種拓撲結構中，四個(gè)角雷達執行1-D，2-D FFT，檢測和角度估計處理，并通過(guò)CAN-FD接口將原始檢測到的物體發(fā)送到中央雷達融合盒子。 第二個(gè)CAN接口的可用性還使傳感器能夠通過(guò)專(zhuān)用CAN總線(xiàn)同時(shí)與其他傳感器通信。

 

綜上所述， AWR1642 mmWave不僅便于研發(fā)人員設計，其優(yōu)勢也顯而易見(jiàn)：

 

●    提供了76-81GHz的更寬的RF帶寬，更高線(xiàn)性的chirps，更快的上升速度（高達100 MHz / µs）和片上BIST功能，便于安全監控。

●    通過(guò)集成DSP，AWR1642傳感器使創(chuàng )新算法能夠應對干擾和對物體進(jìn)行強大檢測的新挑戰。

 

以上優(yōu)勢，使得AWR1642可以廣泛應用于BSD盲區檢測，為客戶(hù)在兼顧高性?xún)r(jià)比的同時(shí)，也能提供高性能的解決方案。

 

 

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