角雷達（包括前向角雷達和後向角雷達）通常是短距離雷達，可滿足盲區檢測（BSD），變道輔助（LCA）和前後交通警報（F / RCTA）的要求；而前向雷達主要是用於自主緊急製動（AEB）和自適應巡航控製（ACC）的中遠程雷達應用。

 

傳統的角雷達主要是基於24GHz技術，但由於新興的法規要求，並且需要更高的帶寬，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。

 

本章節將會基於AWR1642介紹適用於角雷達的短程雷達解決方案。由於係統的框圖跟之前的道閘雷達大同小異

，主要的區別在於三點，一是雷達芯片使用的是AWR1642；二是接口芯片為汽車常用的CAN接口；三是為了讓RF供電的電源軌更加幹淨

，後麵再用了一級LDO進行濾波之後再為車載的雷達芯片供電。

 

圖- 1 角雷達應用的係統框圖

 

下麵將會圍繞著AWR1642進行詳細的展開。

 

AWR1642的高層次架構

 

AWR1642是高度集成的單芯片77 GHz毫米波雷達，其中包括兩個發射端和四個接收端
，一個600 MHz可編程的C674x DSP以及一個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
，該器件包括四個主要模塊：射頻/模擬前端子係統，BIST子係統，DSP子係統和主控子係統。

 

圖- 2 AWR1642的高層次架構

 

●    射頻/模擬前端子係統，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）。該子係統還包括晶振，溫度傳感器、電壓監視器和通用ADC。AWR1642器件使用一種複雜的基帶架構，可以提供同相（I通道）和正交（Q通道）輸出。

 

●    內建自測試子係統，又稱為BIST子係統，包括數字前端
，斜坡發生器和一個用於控製和配置低級射頻模擬電路以及斜坡發生器的寄存器的內部處理器。（注意：該處理器是TI編程的
，可以滿足RF校準需求和BIST /監視功能，但它不能直接提供給用戶使用。）數字前端負責濾波和抽取原始ADC輸出，並以可編程的采樣率提供最終的ADC數據采樣。

 

●    DSP子係統包括一個時鍾頻率為600 MHz的TI C674x DSP ，用於雷達信號處理，通常是處理原始的ADC數據。該DSP是用戶可編程的
，並且在使用時具有完全的靈活性。

 

●    主控子係統包括主頻為200MHz的ARM的車規級Cortex-R4Fchuliqi，zheshiyonghukebianchengde。gaichuliqikongzhiqijiandezhengticaozuo，chulitongxinjiekou
，bingqieshixiangenggaocengdesuanfa
，lirumubiaofenleihezhuizong。gaichuliqihaikeyiyunxingAUTOSAR係統。

 

AWR1642可用於短距離雷達（SRR）應用。該器件包括一個QSPI接口，可以直接從串行閃存下載用戶代碼；並且還包含了CAN-FD和CAN接口
，因此可以與車輛CAN總線或專用CAN總線上的其他傳感器直接通信
；還可以使用SPI /I2C接口控製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子係統中的L2內存為256 KB
，通常用於DSP應用的指令和即時數據。DSP子係統還包括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內存沒有設置並且可用於指令或數據，但典型的應用程序會將TCMA用作指令存儲器，並將TCMB用作數據存儲器。

 

●    剩餘的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優勢

 

AWR1642的關鍵優勢之一是其內置的C674x DSP。調頻連續波（FMCW）雷lei達da技ji術shu在zai過guo去qu幾ji年nian中zhong取qu得de了le長chang足zu的de發fa展zhan。雷lei達da在zai當dang前qian的de車che輛liang中zhong扮ban演yan著zhe更geng重zhong要yao的de角jiao色se
，不bu僅jin是shi駕jia駛shi員yuan的de舒shu適shi度du方fang麵mian
，還hai有you安an全quan方fang麵mian。這zhe些xie應ying用yong還hai使shi雷lei達da在zai空kong間jian分fen辨bian率lv，速su度du分fen辨bian率lv以yi及ji目mu標biao檢jian測ce和he分fen類lei方fang麵mian的de性xing能neng要yao求qiu更geng加jia嚴yan格ge。

 

AWR1642中完全可編程的DSP可以使客戶能夠實施專有算法並構建創新的解決方案，以解決雷達性能方麵的難題。 圍繞算法的研究不斷進步
，可以提高幾個關鍵領域的性能，例如：

 

●    緩解幹擾：隨(sui)著(zhe)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)車(che)輛(liang)采(cai)用(yong)雷(lei)達(da)技(ji)術(shu)，雷(lei)達(da)之(zhi)間(jian)的(de)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)重(zhong)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)
，用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)和(he)緩(huan)解(jie)幹(gan)擾(rao)的(de)創(chuang)新(xin)算(suan)法(fa)是(shi)研(yan)究(jiu)和(he)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)算(suan)法(fa)開(kai)發(fa)的(de)活(huo)躍(yue)領(ling)域(yu)。

 

●    改進檢測算法：leidadexinxingyingyong，baokuoquanzidongjiashidezhongjishiye，yincixuyaoyumubiaojiance，dimianzaboquchuhezuixiaohuacuowujiancexiangguandegaijinsuanfa
，yiquebaowendingxing。

 

●    高分辨率角度估計：與(yu)雷(lei)達(da)相(xiang)關(guan)的(de)主(zhu)要(yao)挑(tiao)戰(zhan)之(zhi)一(yi)是(shi)受(shou)限(xian)的(de)角(jiao)度(du)分(fen)辨(bian)率(lv)。超(chao)越(yue)傳(chuan)統(tong)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)的(de)幾(ji)種(zhong)先(xian)進(jin)的(de)角(jiao)度(du)估(gu)計(ji)算(suan)法(fa)可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)角(jiao)度(du)分(fen)辨(bian)率(lv)，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)通(tong)過(guo)旋(xuan)轉(zhuan)不(bu)變(bian)技(ji)術(shu)（ESPIRIT）進行信號分類（MUSIC）和信號參數估計。

 

●    聚類和目標分類算法：這是研究和算法開發的另一個活躍領域，尤其是需要使用高分辨率的雷達點雲和使用微多普勒技術識別行人的目標分類算法。

 

為了滿足這些需求，內置的DSP實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常見雷達信號處理例程的基準數據

 

加密安全

 

AWR1642 提(ti)供(gong)了(le)安(an)全(quan)的(de)啟(qi)動(dong)機(ji)製(zhi)。安(an)全(quan)啟(qi)動(dong)是(shi)一(yi)種(zhong)安(an)全(quan)性(xing)使(shi)能(neng)程(cheng)序(xu)，它(ta)提(ti)供(gong)了(le)機(ji)製(zhi)來(lai)幫(bang)助(zhu)將(jiang)代(dai)碼(ma)算(suan)法(fa)保(bao)持(chi)在(zai)加(jia)密(mi)形(xing)式(shi)並(bing)幫(bang)助(zhu)防(fang)止(zhi)未(wei)經(jing)授(shou)權(quan)的(de)訪(fang)問(wen)。而(er)且(qie)，它(ta)有(you)助(zhu)於(yu)避(bi)免(mian)將(jiang)流(liu)氓(mang)代(dai)碼(ma)植(zhi)入(ru)到(dao)設(she)備(bei)上(shang)
，從(cong)而(er)防(fang)止(zhi)設(she)備(bei)運(yun)行(xing)更(geng)改(gai)後(hou)的(de)代(dai)碼(ma)/功能。

 

為了加快計算量大的編碼和解碼過程，AWR1642配備了基於硬件的加速器安全功能，應用程序也可以使用這些功能來實現額外的安全性。

 

●    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製，使調試過程輕鬆自如
，同時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，可幫助開發人員在其應用中實現ISO26262 ASILB等級的功能安全。

 

AWR1642遵循一個稱為“安全島”的de概gai念nian，該gai概gai念nian涉she及ji硬ying件jian診zhen斷duan的de應ying用yong程cheng序xu和he軟ruan件jian診zhen斷duan之zhi間jian的de平ping衡heng

，以yi幫bang助zhu管guan理li功gong能neng安an全quan。上shang電dian時shi它ta會hui全quan麵mian測ce試shi一yi組zu核he心xin元yuan素su，並bing對dui其qi進jin行xing密mi切qie監jian控kong，以yi幫bang助zhu提ti供gong正zheng確que的de軟ruan件jian執zhi行xing。 此核心元素集包括電源

、時鍾、複位、R4F處理器、以及關聯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）上能實現基於軟件的診斷。

 

該器件還包括先進的內置電路，用於監控RF和模擬前端電路
，運行TI固件的專用處理器（延遲鎖定步驟）內核有助於簡化應用程序開發，並且完全可以使DSP和MCU每秒從任何種類的雷達前端監控中獲取百萬條指令（MIPS）。

 

AWR1642傳感器支持以下前端診斷功能：

 

●    合成器線性調頻監視器。

●    TX輸出功率監視器。

●    基於射頻環回的噪聲係數
，增益不平衡和相位不平衡監視器。

●    RX飽和度監視器。

●    基於IF回送的IF放大器（IFA）抖動衰減監視器。

●    Ball-break監控器。

●    溫度傳感器。

 

其他關鍵診斷功能包括用於中央處理器（CPU）內核的邏輯BIST，用於所有存儲器的存儲器BIST，用於每個處理器的窗口式看門狗，端到端糾錯碼
，存儲器保護單元
，時鍾和電源監視器，複位時的故障波動
，以及錯誤信號發送模塊。

 

這些功能有助於使開發人員更輕鬆，更快速地實現ASIL-B功能安全性。對安全至關重要的開發需要管理係統性故障和隨機性故障。 TI為安全關鍵型半導體創建了獨特的開發流程
，定製了ISO 26262：2011的功能安全生命周期，以最有效地滿足非安全環境（SEooC）的需求。 此開發過程已通過獨立第三方審核員TÜVSÜD的認證。

 

AWR1642用例

 

AWR1642是用於短程汽車市場雷達應用的radar-on-chip。以一個多模式的使用示例為例，短距離雷達（SRR）的範圍為80 m，超短距離雷達（USRR）的範圍為20 m；配置可參考表3 。

 

*使用速度歧義度解析技術可以提高實際最大速度。

表- 3 多模SRR示例的線性調頻配置示例

 

表3中的示例使用512 KB雷達數據立方體內存，並通過八個虛擬天線（兩個TX，四個RX）實現了80 m的範圍。其他變化也有可能實現不同的係統性能指標。

 

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

 

圖- 3 兩點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可以實現高範圍分辨率（可能達到4 cm的分辨率）和更高的速度分辨率（這對於停車輔助應用很重要） 
，而且還可以減小天線的外形尺寸，這是一個明顯的優勢。

 

R4F處理器具有704 KB的可用內存，可用於高層算法
，例如群集和跟蹤，以及控製和主機接口功能（包括AUTOSAR，這是獨立傳感器實現通常需要的）。開發人員還可以考慮在DSP中實現諸如群集和跟蹤之類的更高層算法。

 

圖- 4 使用AWR1642 mmWave傳感器的角雷達係統拓撲

 

圖4為將AWR1642安裝在車輛四個角落的角雷達係統拓撲，並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
，四個角雷達執行1-D，2-D FFT，檢測和角度估計處理，並通過CAN-FD接口將原始檢測到的物體發送到中央雷達融合盒子。 第二個CAN接口的可用性還使傳感器能夠通過專用CAN總線同時與其他傳感器通信。

 

綜上所述， AWR1642 mmWave不僅便於研發人員設計，其優勢也顯而易見：

 

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

●    通過集成DSP，AWR1642傳感器使創新算法能夠應對幹擾和對物體進行強大檢測的新挑戰。

 

以上優勢，使得AWR1642可以廣泛應用於BSD盲區檢測

，為客戶在兼顧高性價比的同時

，也能提供高性能的解決方案。

 

 

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