角雷達(dá)（包括前向角雷達(dá)和后向角雷達(dá)）通常是短距離雷達(dá)，可滿足盲區(qū)檢測（BSD），變道輔助（LCA）和前后交通警報(bào)（F / RCTA）的要求；而前向雷達(dá)主要是用于自主緊急制動(dòng)（AEB）和自適應(yīng)巡航控制（ACC）的中遠(yuǎn)程雷達(dá)應(yīng)用。

 

傳統(tǒng)的角雷達(dá)主要是基于24GHz技術(shù)，但由于新興的法規(guī)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(dá)正逐步向77 GHz頻帶轉(zhuǎn)移。

 

本章節(jié)將會(huì)基于AWR1642介紹適用于角雷達(dá)的短程雷達(dá)解決方案。由于系統(tǒng)的框圖跟之前的道閘雷達(dá)大同小異，主要的區(qū)別在于三點(diǎn)，一是雷達(dá)芯片使用的是AWR1642；二是接口芯片為汽車常用的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)行濾波之后再為車載的雷達(dá)芯片供電。

 

圖- 1 角雷達(dá)應(yīng)用的系統(tǒng)框圖

 

下面將會(huì)圍繞著AWR1642進(jìn)行詳細(xì)的展開。

 

AWR1642的高層次架構(gòu)

 

AWR1642是高度集成的單芯片77 GHz毫米波雷達(dá)，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(tǒng)，BIST子系統(tǒng)，DSP子系統(tǒng)和主控子系統(tǒng)。

 

圖- 2 AWR1642的高層次架構(gòu)

 

●    射頻/模擬前端子系統(tǒng)，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(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（ADC）。該子系統(tǒng)還包括晶振，溫度傳感器、電壓監(jiān)視器和通用ADC。AWR1642器件使用一種復(fù)雜的基帶架構(gòu)，可以提供同相（I通道）和正交（Q通道）輸出。

 

●    內(nèi)建自測試子系統(tǒng)，又稱為BIST子系統(tǒng)，包括數(shù)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(nèi)部處理器。（注意：該處理器是TI編程的，可以滿足RF校準(zhǔn)需求和BIST /監(jiān)視功能，但它不能直接提供給用戶使用。）數(shù)字前端負(fù)責(zé)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(shù)據(jù)采樣。

 

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

 

●    主控子系統(tǒng)包括主頻為200MHz的ARM的車規(guī)級Cortex-R4F處理器，這是用戶可編程的。該處理器控制器件的整體操作，處理通信接口，并且實(shí)現(xiàn)更高層的算法，例如目標(biāo)分類和追蹤。該處理器還可以運(yùn)行AUTOSAR系統(tǒng)。

 

AWR1642可用于短距離雷達(dá)（SRR）應(yīng)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代碼；并且還包含了CAN-FD和CAN接口，因此可以與車輛CAN總線或?qū)Ｓ肅AN總線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(nèi)存為1.5 MB。它支持在R4F program RAM，R4F data RAM，DSP L1和L2內(nèi)存以及radar data 內(nèi)存（L3內(nèi)存）之間進(jìn)行分區(qū)。表1列出了一些示例內(nèi)存配置。

 

表- 1內(nèi)存配置示例

 

●    DSP子系統(tǒng)中的L2內(nèi)存為256 KB，通常用于DSP應(yīng)用的指令和即時(shí)數(shù)據(jù)。DSP子系統(tǒng)還包括32 KB的L1內(nèi)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的專用內(nèi)存，該內(nèi)存在R4F緊密耦合的內(nèi)存接口TCMA （256 KB）和TCMB（192 KB）之間分配。盡管完整的448 KB內(nèi)存沒有設(shè)置并且可用于指令或數(shù)據(jù)，但典型的應(yīng)用程序會(huì)將TCMA用作指令存儲(chǔ)器，并將TCMB用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

 

●    剩余的768 KB是L3內(nèi)存，可用作雷達(dá)數(shù)據(jù)立體內(nèi)存。還能以128 KB的增量為R4F共享多達(dá)512 KB的L3內(nèi)存。

 

DSP優(yōu)勢

 

AWR1642的關(guān)鍵優(yōu)勢之一是其內(nèi)置的C674x DSP。調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)技術(shù)在過去幾年中取得了長足的發(fā)展。雷達(dá)在當(dāng)前的車輛中扮演著更重要的角色，不僅是駕駛員的舒適度方面，還有安全方面。這些應(yīng)用還使雷達(dá)在空間分辨率，速度分辨率以及目標(biāo)檢測和分類方面的性能要求更加嚴(yán)格。

 

AWR1642中完全可編程的DSP可以使客戶能夠?qū)嵤Ｓ兴惴ú?gòu)建創(chuàng)新的解決方案，以解決雷達(dá)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：隨著越來越多的車輛采用雷達(dá)技術(shù)，雷達(dá)之間的干擾問題變得越來越嚴(yán)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發(fā)的活躍領(lǐng)域。

 

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

 

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

 

●    聚類和目標(biāo)分類算法：這是研究和算法開發(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(dá)點(diǎn)云和使用微多普勒技術(shù)識別行人的目標(biāo)分類算法。

 

為了滿足這些需求，內(nèi)置的DSP實(shí)現(xiàn)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(dá)信號處理例程中DSP性能的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

 

表- 2常見雷達(dá)信號處理例程的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

 

加密安全

 

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

 

為了加快計(jì)算量大的編碼和解碼過程，AWR1642配備了基于硬件的加速器安全功能，應(yīng)用程序也可以使用這些功能來實(shí)現(xiàn)額外的安全性。

 

●    高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）。

●    安全哈希加速器（SHA2）。

●    真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）。

●    公鑰加速器（PKA）。

 

此外，AWR1642提供了一種安全的調(diào)試機(jī)制，使調(diào)試過程輕松自如，同時(shí)幫助保護(hù)器件免受各種威脅。

 

安全

 

AWR1642是TI SafeTI ™設(shè)計(jì)套件的一部分，可幫助開發(fā)人員在其應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)ISO26262 ASILB等級的功能安全。

 

AWR1642遵循一個(gè)稱為“安全島”的概念，該概念涉及硬件診斷的應(yīng)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(jiān)控，以幫助提供正確的軟件執(zhí)行。 此核心元素集包括電源、時(shí)鐘、復(fù)位、R4F處理器、以及關(guān)聯(lián)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以幫助執(zhí)行軟件，從而在其他元素（例如外圍設(shè)備）上能實(shí)現(xiàn)基于軟件的診斷。

 

該器件還包括先進(jìn)的內(nèi)置電路，用于監(jiān)控RF和模擬前端電路，運(yùn)行TI固件的專用處理器（延遲鎖定步驟）內(nèi)核有助于簡化應(yīng)用程序開發(fā)，并且完全可以使DSP和MCU每秒從任何種類的雷達(dá)前端監(jiān)控中獲取百萬條指令（MIPS）。

 

AWR1642傳感器支持以下前端診斷功能：

 

●    合成器線性調(diào)頻監(jiān)視器。

●    TX輸出功率監(jiān)視器。

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

●    RX飽和度監(jiān)視器。

●    基于IF回送的IF放大器（IFA）抖動(dòng)衰減監(jiān)視器。

●    Ball-break監(jiān)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(nèi)核的邏輯BIST，用于所有存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器BIST，用于每個(gè)處理器的窗口式看門狗，端到端糾錯(cuò)碼，存儲(chǔ)器保護(hù)單元，時(shí)鐘和電源監(jiān)視器，復(fù)位時(shí)的故障波動(dòng) ，以及錯(cuò)誤信號發(fā)送模塊。

 

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

 

AWR1642用例

 

AWR1642是用于短程汽車市場雷達(dá)應(yīng)用的radar-on-chip。以一個(gè)多模式的使用示例為例，短距離雷達(dá)（SRR）的范圍為80 m，超短距離雷達(dá)（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示例的線性調(diào)頻配置示例

 

表3中的示例使用512 KB雷達(dá)數(shù)據(jù)立方體內(nèi)存，并通過八個(gè)虛擬天線（兩個(gè)TX，四個(gè)RX）實(shí)現(xiàn)了80 m的范圍。其他變化也有可能實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)性能指標(biāo)。

 

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線性調(diào)頻配置的雷達(dá)圖像。 圖3的左側(cè)描述了目標(biāo)的范圍和相對速度，而右側(cè)則顯示了目標(biāo)的范圍和相對速度。

 

圖- 3 兩點(diǎn)目標(biāo)模擬情況的雷達(dá)二維FFT圖像

 

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

 

R4F處理器具有704 KB的可用內(nèi)存，可用于高層算法，例如群集和跟蹤，以及控制和主機(jī)接口功能（包括AUTOSAR，這是獨(dú)立傳感器實(shí)現(xiàn)通常需要的）。開發(fā)人員還可以考慮在DSP中實(shí)現(xiàn)諸如群集和跟蹤之類的更高層算法。

 

圖- 4 使用AWR1642 mmWave傳感器的角雷達(dá)系統(tǒng)拓?fù)?/div>