الصفحة الرئيسية الحلول أساسيات الإلكترونيات TI تحليل عميق لرقاقة الرادار من الجيل الثاني

TI تحليل عميق لرقاقة الرادار من الجيل الثاني

2022-03-17 995

يعد الرادار المثبت على السيارة أحد أجهزة الاستشعار الأساسية للقيادة المساعدة المتقدمة (ADAS) والقيادة بدون طيار، كما أن شريحة الرادار المثبتة على السيارة هي جوهر الرادار المثبت على السيارة. في الوقت الحاضر، توفر شريحة مستوى السيارة المتكاملة للغاية (MMIC+DSP/MCU) طريقة رئيسية للتصغير والموثوقية العالية والاستقرار والتكلفة المنخفضة للرادار، وأهميتها واضحة بذاتها.

في الآونة الأخيرة، أطلقت شركة TI رسميًا شريحة الرادار المثبتة على السيارة من الجيل التالي، AWR2944، وأصدرت SDK المصاحب لها، mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01، وصندوق أدوات التصميم المرجعي، MMWAVE_automobile_toolbox_3_5_0، واللوحة المرجعية التجريبية AWR2944 EVM . إذن ما هي التعديلات والترقيات التي يجلبها هذا الإصدار، وما هي أفكار تصميم منتجات شرائح الرادار التي تمثلها شركة TI، وما هو التأثير الذي قد يحدثه على صناعة رادار المركبات؟ دعونا نلقي نظرة عميقة.

يتم تعريف AWR2944 TI على أنها شريحة الرادار المثبتة على السيارة من الجيل الثاني ذات الأداء العالي، والتي هي حاليًا في مرحلة المعاينة. وهذا يعني أنه يمكن توفير عينات من الرقائق أو اللوحات التجريبية التي يمكن تقييمها، والتي لا يتم إنتاجها بكميات كبيرة رسميًا.

AWR 2944

لنبدأ بنقطة رئيسية، وهي نظرة عامة على الجهاز

لا تزال AWR2944 هي عملية RFCMOS مقاس 45 نانومتر، والتي تدعم نطاق التردد 76-81 جيجا هرتز مع أعلى عرض نطاق يبلغ 5 جيجا هرتز. وفي الوقت نفسه، تدعم الشريحة 4Tx4Rx، وهي الشريحة التي تحتوي على أكبر عدد من هوائيات الإرسال والاستقبال أحادية الشريحة في TI حتى الآن؛

بالمقارنة مع سلسلة AWR1xxx السابقة، تم تحسين التحكم في الطور قليلاً إلى -96 ديسيبل/هرتز [76 إلى 77 جيجاهرتز] و-95 ديسيبل/هرتز [76 إلى 81 جيجاهرتز] (ضوضاء الطور عند 1 ميجاهرتز)؛

ناقل حركة طور الإرسال الجديد: يدمج DSS معالج الإشارة الرقمية الخاص به، ولكن تم تغيير طرازه من C674x إلى C66x. تمت ترقية المعالج في MSS من ARM R4F إلى ARM R5F، وتمت ترقية مسرع الأجهزة (HWA) إلى الإصدار 2.0؛ تمت زيادة ذاكرة الوصول العشوائي على الرقاقة إلى 4 ميجابايت.

تم دمج وحدة أمان الأجهزة (HSM) لأول مرة. يتكون HSM نفسه بشكل أساسي من نواة ARM Cortex M4 القابلة للبرمجة. بالإضافة إلى ذلك، تتم إضافة دعم التمهيد الآمن والمشفر وHWA المشفر إلى التمهيد لزيادة تعزيز أمان أجهزة الرادار.

فيما يتعلق بواجهة الاتصال المثبتة على السيارة، تم تعديل جميع قنوات CAN إلى CAN-FD، ويتم دعم شبكة RGM II/RMII/MII Ethernet بسرعة 100 ميجابت في الثانية لأول مرة؛

يبلغ معدل أخذ عينات ADC 37.5Msps، ويتم زيادة عدد القنوات إلى 9، ويتم زيادة UART إلى 4، ويتم إضافة واجهة CSI2 Rx للحصول على البيانات وتشغيلها.

يتخلى الطرف المستقبل TI عن بنية الخلط المتعامد I/Q المستخدمة بشكل شائع في الجيل السابق، ويعتمد بنية خلط القناة I (كما هو موضح أدناه)؛

تلقي النظام الفرعي (لكل قناة)

تظهر بنية الأجهزة في الشكل التالي. لا يزال AWR2944 عبارة عن تصميم وحدة واضح، والتعديلات والترقيات المختلفة التي تم تقديمها مسبقًا واضحة بشكل أساسي في لمحة. لقد قمت أيضًا بوضع المخطط التفصيلي لـ AWR1843 لراحتك.

مخطط الكتلة الوظيفية (AWR2944)

مخطط الكتلة الوظيفية (AWR1843)

ويمكن ملاحظة أن AWR2944، باعتبارها شريحة رادار عالية الأداء من الجيل الثاني، لديها الكثير من الأماكن التي يمكن تعديلها وترقيتها. لكن وظيفة المعلمات سطحية فقط في نهاية المطاف، وعلينا أن ننظر إلى المنطق العميق وراء هذه التعديلات والتحديثات.

لقد قدمت الجيل التالي من الرادار الزاوي من Conti في (الرادار الزاوي من الجيل التالي للصناعة I من SRR600). إنه متطلب أساسي لتحقيق إدراك عالي الدقة للأهداف بعيدة المدى في ظل ظروف مجال الرؤية الكبير، مما يشكل تحديات جديدة لأداء مدى الرادار ومجال الرؤية الزاوي والدقة والدقة.

بالمقارنة مع الجيل السابق، يدمج 944 قناة إرسال أخرى لتحقيق دقة ودقة زاويتين أعلى، كما يوفر دعمًا على مستوى الشريحة لتصميمات تخطيط الهوائي الأكثر تعقيدًا.

عادة، يتم حل الاستشعار عن بعد بشكل رئيسي عن طريق تصميم الهوائي، الذي يقيس مسافة أبعد من الشعاع المركز ويضغط مجال الرؤية. من الصعب تحقيق مسافات طويلة في ظل ظروف مجال الرؤية الكبير. إحدى الطرق هي أن هوائيات متعددة ترسل في وقت واحد، على سبيل المثال، ترسل أربعة هوائيات في وقت واحد، ويمكن للحزمة العريضة المتراكبة قياس مسافة أبعد في حالة مجال الرؤية الواسع. ومع ذلك، فإن مشكلة الإرسال المتزامن هي أنه من الصعب على جهاز الاستقبال أن يفصل بشكل موثوق الحزم المتراكبة. 944 يعتمد نظام فصل قناة DDM-MIMO جديد تمامًا (مفصل أدناه)، والذي يحقق فصلًا موثوقًا للقناة على أساس الإرسال المتزامن، ويحقق بشكل أساسي إدراكًا عالي الدقة للأهداف بعيدة المدى في حالة مجال رؤية كبير. ويتم تحقيق كل هذا تقريبًا عن طريق مسرع الأجهزة (يتم التدخل في كمية صغيرة فقط من العمليات الحسابية بواسطة DSP)، لذلك قامت TI بترقية HWA إلى 2.0.

وفي الوقت نفسه، يتم زيادة سعة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لموازنة الحمل الزائد للذاكرة الناتج عن زيادة رقم القناة وتعقيد الخوارزمية. تهدف إضافة واجهة Ethernet أيضًا إلى التعامل مع مشكلة زيادة حجم البيانات مثل سحابة نقطة إخراج الرادار.

من بين شرائح الجيل الأول، تعتبر 1642 هي الأولى، وDSP هو جوهر الحوسبة المطلق، والذي يستخدم في جميع مهام معالجة الإشارات ومعالجة البيانات تقريبًا. يتم استخدام MCU بشكل أساسي فقط للتكوين والتحكم والإدارة، وهو الموضع الأساسي لـ ARM MCU بواسطة TI. لذلك، فإن معالجة MSS وDSS غير متوازنة، والكلمات الدقيقة لـ TI هي: في معظم حالات الاستخدام، يتم تعريف MSS كمجال تحكم بينما يقوم DSS فعليًا بتنفيذ DPC.

ومع ذلك، في الجيل الثاني، الرائد 2944، تم إضعاف حالة DSP، وتم تنفيذ جزء معالجة الإشارة الذي يستغرق وقتًا طويلاً وكثيف العمالة بشكل أساسي بواسطة HWA. في الواقع، طالما كنت على استعداد، يتم تنفيذ رابط معالجة RSP بالكامل بواسطة HWA. وتأمل TI أيضًا أن تتمكن من استخدام HWA بشكل أكبر، لذلك خفضت مواصفات DSP. تردد المعالجة لـ C66x هو 360 ميجاهرتز فقط، وهو أقل بكثير من الجيل السابق C67x. علاوة على ذلك، تم تعزيز ARM، ليس فقط من أجل التكوين والتحكم، ولكن أيضًا من أجل المعالجة العليا للبيانات. على سبيل المثال، يمكن أيضًا معالجة التتبع والتصنيف بواسطة ARM، والتي تشترك أيضًا في مهام معالجة DSP، وهذا هو سبب انخفاض مواصفات DSP.

وهذا النوع من التغيير مختلط، وسنتحدث عنه في نهاية المقال.

على الرغم من أن تعديل وترقية 2944 غني، مما يجلب تجربة رادارية جديدة، فإن تكلفة شريحة 2944 لن تزيد كثيرًا بسبب انخفاض مواصفات DSP وعدد ADC في نظام الخلط أحادي القناة عند الطرف المتلقي.

والتصميم المرجعي للبرامج التجريبية. توفر TI أدوات SDK وToolbox متكيفة مع 2944.

يحتوي صندوق الأدوات على 2944 تصميمًا مرجعيًا يلبي المتطلبات الوظيفية لـ NCAP R79، ويدعم BSD، وFCTA، وLCA، وما إلى ذلك. ويحقق العرض التجريبي قياس المسافة الأفقية ± 80 درجة تحت 200 متر، ودقة زاويّة تبلغ 9.5 درجة. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن TI أضافت مثل هذه الجملة المثيرة للاهتمام في عمود الميزات الخاص بالتصميم المرجعي: بناء ثقة العملاء في قدرات أجهزة الموجات الملليمترية. يبدو أن رادار الموجات المليمترية لا يزال متواضعا نسبيا.

AWR2944 EVM

يوفر الجمع بين EVM وDCA1000 القدرة على الحصول على البيانات الأولية لدعم تحليل بيانات ADC الأولية.

هناك مجموعة مكافئة من تخطيط MIMO لهوائي اللوحة التجريبية

صفيف الهوائي الظاهري

يغطي نطاق تردد الهوائي 76 جيجا هرتز إلى 81 جيجا هرتز، مع كسب 13 ديسيبل، 3 ديسيبل مستوى عرض الشعاع 3 ديسيبل ± 30 درجة درجة ± 3 درجة 6 ديسيبل مستوى عرض الحزمة ± 45 درجة درجة ± 5 درجة.

نمط الإشعاع الارتفاع

بعد TI SDK 3.x، تم تصميم SW Framework جديد تمامًا، وتم تقديم مفاهيم مثل DPC وDPM وDPU، مما يجعل بنية البرنامج بأكملها معقدة ولكن المنطق واضح، ويمكن للمطورين البدء في تطويره بسرعة. الإطار ليس محور هذه المقالة، لذلك لن أكرره هنا. دعونا نتحدث عن الترقية الأساسية DDM-MIMO.

لقد ناقشت تقنيات فصل قنوات MIMO مثل FDM وTDM وCDM في (فصل قنوات MIMO للرادار رباعي الأبعاد). يختلف FDMA عن TDMA، حيث يمكنه تحقيق الإرسال المتزامن وتحديد مخطط فصل القناة باستخدام علاقة التعيين بين هوائي المرسل وموضع إزاحة التردد.

من بينها، يمكن تلخيص FDM ببساطة من خلال الشكل التالي.

(أ) إذا كان تخالف التردد بين القنوات المراد فصلها مضاعفاً للاستبانة الدوبلرية، فهو DDMA؛

(ب) إذا كان تخالف التردد بين القنوات المراد فصلها مضاعفًا لعرض نطاق الإشارة بعد إزالة الإشارة، فهو RDMA؛

(ج) إذا كان تخالف التردد بين القنوات المراد فصلها مضاعفًا لتردد النبض الأقصى، فهو BFD؛

(د) إذا كان تخالف التردد بين القنوات المراد فصلها مضاعفاً لعرض نطاق الغرد، فهو FT-FDMA.

فصل قناة MIMO

لذلك، يمكن اعتبار DDM حالة من حالات FDM.

خريطة نطاق دوبلر (DDM)

تنفذ TI نطاق DDMA الفارغ، وتوفر RangeProc DDMA DPU، ويشكل Doppler DDMA DPU الوحدة الأساسية لـ DDMA. لقد ألقيت نظرة سريعة على عملية إزالة تعديل DDMA التي تم تنفيذها بواسطة أجهزة TI الحالية، ولا يزال الإكمال الإجمالي على ما يرام.

مبدأ DDMA

يمكن أن نرى من تعديل DDMA أن DDM-MIMO يتطلب مستوى عالٍ من مبدل الطور، كما تحتاج دقة مبدل الطور TI أيضًا إلى تقييم دقيق.

سلسلة معالجة مسار بيانات الكشف عن الكائنات

ومع ذلك، DDMA ليس حلاً سهلاً. تتضمن المشكلات المحتملة لـ DDMA، على سبيل المثال لا الحصر، ما يلي:
معايرة المرحلة ذروة التعرجات سعة غير متوازنة

يوضح الشكل التالي النتائج المقاسة للعرض التوضيحي، وأداء نطاقه، وكثافة السحابة النقطية، ومجال الرؤية والتأثيرات الأخرى لا بأس بها، وهو في الواقع أعلى بكثير من أداء الجيل الأول. نأمل أن تكون قادرة على

"يبني ثقة العملاء فيما يتعلق بقدرات أجهزة mmWave"

يوضح الشكل التالي النتائج المقاسة للعرض التوضيحي، وأداء نطاقه، وكثافة السحابة النقطية، ومجال الرؤية والتأثيرات الأخرى لا بأس بها، وهو في الواقع أعلى بكثير من أداء الجيل الأول.

2944 اختبار تجريبي

تلخيص

دعونا نتخذ خطوة أخرى للأمام ونحلل التأثير الذي قد يحدثه إصدار TI 2944 على صناعة رادار المركبات.

إذا قمنا فقط بتحليل القدرة التنافسية للرادار من الناحية الفنية، فإن الشيء الأكثر أهمية يكمن في الهوائي وMMIC والخوارزمية. يوفر مصنعو الرقائق MMIC، ويقوم مصنعو الرادار بإنشاء حواجز خاصة بهم تدريجيًا بسبب مزايا الهوائي والخوارزمية، ويبدو أن هذه الحالة تتغير ببطء.

1. يتغير رادار الموجة المليمترية تدريجيًا من "اختلاف روابط معالجة الإشارات" إلى "اختلاف روابط معالجة البيانات"، أي اختلاف طرق معالجة البيانات السحابية النقطية. وهو يدعو إلى استخدام TI HWA، ويعزز العديد من خوارزميات معالجة الإشارات المتقدمة، ولا يحتاج المستخدمون إلا إلى الوصول إليها وفقًا لاحتياجاتهم. يتم توحيد خوارزميات معالجة الإشارات، ويتم إنشاء المعيار السفلي للرادار. لا يمكن أن يؤدي تقليل تردد معالجة DSP وزيادة التردد الأساسي لـ ARM إلى توجيه المستخدمين لتعزيز استخدام HWA بشكل مقنع فحسب، بل يساعد أيضًا في موازنة التكلفة. . وقال تي آي أيضًا:

تكمل كتلة مسرع الأجهزة (HWA 2.0) DSS وMSS عن طريق تفريغ معالجة الرادار الشائعة مثل FFT ومعدل الإنذار الكاذب الثابت (CFAR) والقياس والضغط. وهذا يوفر MIPS على DSS وMSS، مما يفتح الموارد للتطبيقات المخصصة والخوارزميات ذات المستوى الأعلى.

تتغير ساحة معركة الشركات المصنعة للرادار تدريجيًا إلى معالجة البيانات، بما في ذلك التتبع وتصنيف الأهداف وفهم المشهد والذكاء الاصطناعي الطرفي ودمج البيانات وما إلى ذلك.

2. أعتقد دائمًا أن معالجة الإشارات هي الجزء الأكثر روعة في رادار الموجات المليمترية. ستؤدي مثل هذه الخطوة بلا شك إلى إضعاف التحكم في جميع الوصلات الوسيطة بدءًا من إخراج البيانات الأولية لـ ADC إلى إخراج البيانات السحابية لنقطة الرادار من قبل الشركات المصنعة للرادار. مرونة أقل لطبقة RSP. سيؤدي ذلك إلى خفض عتبة تكنولوجيا الرادار وكسر بعض الحواجز التقنية لمصنعي الرادار الأصليين. يمكن ملاحظة أن موردي الرقائق سيكون لهم تأثير أكبر وأكبر على الشركات المصنعة للرادار، وستعمل استراتيجية "الحقوق المتساوية" على المستوى الأعلى لمصنعي الرقائق على تقليل اختلافات المنتجات بين الشركات المصنعة للرادار، والتي لا بد أن تدخل أسعارًا منخفضة مسابقة.

أما بالنسبة لاتجاه ترقية رادار المتابعة، فأعتقد أن جزء معالجة الإشارة سيتم تخفيفه جزئيًا تحت تأثير الشركات المصنعة للرقائق، وسيظل يتم تقويته بواسطة HWA، وقد يصبح جزء RSP في النهاية منتجًا قياسيًا. ما نوع التطبيق الذي تحتاجه؟ ما عليك سوى تكوين السجلات، وقد تركز المنافسة بشكل متزايد على معالجة البيانات العليا. من الممكن أيضًا دمج محرك الذكاء الاصطناعي الجديد تمامًا. إلى حد ما، سيكون رادار الموجات المليمترية أشبه برادار الليزر باستثناء نطاق التردد.

ما هو استخدام النطاق الأساسي وتردد الراديو؟

لتالي

حزمة رابطة الدول المستقلة