Tiefenanalyse des Radarchips der zweiten Generation von TI

Das am Fahrzeug montierte Radar ist einer der Kernsensoren des Advanced Assisted Driving (ADAS) und des unbemannten Fahrens, und der am Fahrzeug montierte Radarchip ist der Kern des am Fahrzeug montierten Radars. Heutzutage bietet der hochintegrierte (MMIC+DSP/MCU) Chip auf Fahrzeugebene eine Schlüsselmöglichkeit für Miniaturisierung, hohe Zuverlässigkeit, Stabilität und niedrige Kosten von Radar, und seine Bedeutung liegt auf der Hand.

Kürzlich hat die TI Company den fahrzeugmontierten Radarchip der nächsten Generation, AWR2944, offiziell auf den Markt gebracht und das zugehörige SDK mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, die Referenzdesign-Toolbox MMWAVE_automotive_toolbox_3_5_0 und das Demo-Referenzboard AWR2944 EVM veröffentlicht . Welche Anpassungen und Verbesserungen bringt diese Version also mit sich, welche Radarchip-Produktdesignideen der TI Company repräsentieren und welche Auswirkungen könnte sie auf die Fahrzeugradarbranche haben? Lassen Sie uns tief eintauchen.

AWR2944 TI ist der fahrzeugmontierte Radarchip der zweiten Generation mit hoher Leistung, der sich derzeit in der Vorschauphase befindet. Das heißt, es können bewertbare Chipmuster oder Demoboards zur Verfügung gestellt werden, die keine offizielle Massenproduktion sind.

AWR2944

Beginnen wir mit einem wichtigen Punkt: der Geräteübersicht

AWR2944 ist immer noch der ursprüngliche 45-nm-RFCMOS-Prozess, der das Frequenzband 76-81 GHz mit der höchsten Bandbreite von 5 GHz unterstützt. Gleichzeitig unterstützt der Chip 4Tx4Rx, den Chip mit der bislang größten Anzahl an Single-Chip-Transceiver-Antennen in TI;

Im Vergleich zur vorherigen AWR1xxx-Serie ist die Phasenregelung leicht auf -96 dBc/Hz [76 bis 77 GHz] und -95 DBC/Hz [76 bis 81 GHz] verbessert (Phasenrauschen bei 1 MHz);

Neuer Phasenschieber des Senders: DSS integriert einen eigenen DSP, sein Modell wurde jedoch von C674x auf C66x geändert. Der Prozessor in MSS wird von ARM R4F auf ARM R5F aktualisiert, und der Hardwarebeschleuniger (HWA) wird auf 2.0 aktualisiert; Der On-Chip-RAM wird auf 4 MB erhöht.

Erstmals ist das Hardware Security Module (HSM) integriert. HSM selbst besteht hauptsächlich aus einem programmierbaren ARM Cortex M4-Kern. Darüber hinaus werden beim Booten sichere authentifizierte und verschlüsselte Boot-Unterstützung und verschlüsselte HWA hinzugefügt, um die Sicherheit der Radar-Hardware weiter zu erhöhen.

Hinsichtlich der fahrzeugmontierten Kommunikationsschnittstelle sind alle beiden CAN-Kanäle auf CAN-FD angepasst und erstmals wird 100 Mbit/s RGM II/RMII/MII-Ethernet unterstützt;

Die ADC-Abtastrate beträgt 37.5 Msps, die Anzahl der Kanäle wurde auf 9 erhöht, der UART wurde auf 4 erhöht und eine CSI2 Rx-Schnittstelle wurde für die Datenerfassung und -wiedergabe hinzugefügt.

Der empfangende TI gibt die in der vorherigen Generation üblicherweise verwendete orthogonale I/Q-Mischstruktur auf und übernimmt die I-Kanal-Mischstruktur (wie unten gezeigt);

Empfangssubsystem (pro Kanal)

Die Hardwarearchitektur ist in der folgenden Abbildung dargestellt. AWR2944 ist immer noch ein klares Moduldesign, und die verschiedenen zuvor eingeführten Anpassungen und Upgrades sind grundsätzlich auf einen Blick klar. Der Einfachheit halber habe ich auch das Blockdiagramm von AWR1843 beigefügt.

Funktionsblockdiagramm (AWR2944)

Funktionsblockdiagramm (AWR1843)

Es ist ersichtlich, dass der AWR2944 als Hochleistungsradarchip der zweiten Generation viele Anpassungs- und Upgrade-Möglichkeiten bietet. Aber die Funktion von Parametern ist letztlich nur oberflächlich und wir müssen uns die tiefe Logik hinter diesen Anpassungen und Upgrades ansehen.

Ich habe das Winkelradar der nächsten Generation von Conti in (Industrie I Winkelradar der nächsten Generation – von SRR600) vorgestellt. Es ist eine Grundvoraussetzung, eine hochpräzise Wahrnehmung von Fernzielen unter der Bedingung eines großen Sichtfelds zu realisieren, was neue Herausforderungen an die Radarentfernungsleistung, das Winkel-Sichtfeld, die Auflösung und die Genauigkeit mit sich bringt.

Im Vergleich zur Vorgängergeneration integriert 944 einen weiteren Übertragungskanal, um eine höhere Winkelauflösung und Genauigkeit zu erreichen, und bietet außerdem Unterstützung auf Chipebene für komplexere Antennenlayoutdesigns.

Normalerweise wird die Erfassung über große Entfernungen hauptsächlich durch das Antennendesign gelöst, das weiter als der fokussierte Strahl misst und das FoV komprimiert. Unter der Bedingung eines großen FoV ist es schwierig, eine große Reichweite zu erreichen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass mehrere Antennen gleichzeitig senden, beispielsweise senden vier Antennen gleichzeitig, und der überlagerte breite Strahl kann unter der Bedingung eines breiten Sichtfelds weiter messen. Das Problem der gleichzeitigen Übertragung besteht jedoch darin, dass es für den Empfänger schwierig ist, die überlagerten Strahlen zuverlässig zu trennen. 944 verwendet ein brandneues DDM-MIMO-Kanaltrennungsschema (siehe unten), das eine zuverlässige Kanaltrennung auf der Grundlage gleichzeitiger Übertragung realisiert und im Grunde eine hochpräzise Wahrnehmung von Zielen über große Entfernungen unter der Bedingung eines großen Sichtfelds ermöglicht. Und fast alles davon wird durch den Hardwarebeschleuniger realisiert (nur ein kleiner Teil der Berechnung wird durch DSP beeinflusst), daher hat TI HWA auf 2.0 aktualisiert.

Gleichzeitig wird die RAM-Kapazität erhöht, um den Speicheraufwand auszugleichen, der durch die zunehmende Kanalzahl und die Komplexität des Algorithmus entsteht. Durch die Hinzufügung einer Ethernet-Schnittstelle soll auch das Problem des zunehmenden Datenvolumens, beispielsweise der Radarausgangspunktwolke, gelöst werden.

Unter den Chips der ersten Generation ist 1642 der erste, und DSP ist der absolute Rechenkern, der für fast alle Signalverarbeitungs- und Datenverarbeitungsaufgaben verwendet wird. Die MCU wird grundsätzlich nur zur Konfiguration, Steuerung und Verwaltung verwendet, was die grundlegende Positionierung der ARM-MCU von TI darstellt. Daher ist die Behandlung von MSS und DSS nicht ausgewogen, und die genauen Worte von TI lauten: In den meisten Anwendungsfällen wird das MSS als Kontrolldomäne definiert, während das DSS tatsächlich das DPC ausführt.

In der zweiten Generation, dem führenden 2944, wurde der Status des DSP jedoch geschwächt, und der zeit- und arbeitsintensive Teil der Signalverarbeitung wurde im Wesentlichen von HWA übernommen. Solange Sie dazu bereit sind, wird die gesamte RSP-Verarbeitungsverbindung von HWA realisiert. TI hofft auch, dass Sie HWA häufiger nutzen können, und hat daher die Spezifikation von DSP gesenkt. Die Verarbeitungsfrequenz des C66x beträgt nur 360 MHz und ist damit deutlich niedriger als die der Vorgängergeneration C67x. Darüber hinaus wird ARM nicht nur für die Konfiguration und Steuerung, sondern auch für die obere Datenverarbeitung gestärkt. Beispielsweise können Tracking und Klassifizierung auch von ARM verarbeitet werden, wodurch die Verarbeitungsaufgaben von DSP weiter geteilt werden, was der Grund für den Rückgang der DSP-Spezifikationen ist.

Diese Art von Änderung ist gemischt und wir werden am Ende des Artikels darüber sprechen.

Obwohl die Anpassung und Aufrüstung des 2944 umfangreich ist und ein neues Radarerlebnis mit sich bringt, werden die Kosten des 2944-Chips aufgrund der Reduzierung der DSP-Spezifikationen und der Anzahl der ADCs im Einkanal-Mischschema auf der Empfangsseite nicht wesentlich steigen.

Und Software-Demo-Referenzdesign. TI stellt SDK und Toolbox bereit, die an 2944 angepasst sind.

Die Toolbox enthält 2944 Referenzdesigns, die die funktionalen Anforderungen von NCAP R79 erfüllen und BSD, FCTA, LCA usw. unterstützen. Die Demo realisiert eine horizontale FoV ± 80°-Entfernungsmessung unter 200 m und eine Winkelauflösung von 9.5°. Noch interessanter ist, dass TI in der Feature-Spalte des Referenzdesigns einen so interessanten Satz hinzugefügt hat: Baut das Vertrauen der Kunden in die Fähigkeiten von mm-Wellen-Geräten auf. Es scheint, dass Millimeterwellenradar noch relativ bescheiden ist.

AWR2944 EVM

Die Kombination aus EVM und DCA1000 bietet die Möglichkeit zur Rohdatenerfassung, um die Analyse von ADC-Rohdaten zu unterstützen.

Äquivalentes Array mit MIMO-Layout der Demo-Board-Antenne

Virtuelles Antennenarray

Das Antennenfrequenzband deckt 76 GHz bis 81 GHz ab, mit einem Gewinn von 13 dBi, 3 dB, einem Strahlbreitenpegel von 3 dB ± 30° Neigung ± 3°, 6 dB Strahlbreitenpegel ± 45° Neigung ± 5°.

Höhenstrahlungsmuster

Nach TI SDK 3.x wird ein brandneues SW-Framework entworfen und Konzepte wie DPC, DPM und DPU eingeführt, was die gesamte Softwarearchitektur komplex macht, aber die Logik klar ist und Entwickler schnell mit der Entwicklung beginnen können. Das Framework steht nicht im Mittelpunkt dieses Artikels, daher werde ich es hier nicht wiederholen. Lassen Sie uns über das Kern-Upgrade DDM-MIMO sprechen.

Ich habe MIMO-Kanaltrennungstechnologien wie FDM, TDM und CDM in (MIMO-Kanaltrennung von 4D-Radar) besprochen. Im Gegensatz zu TDMA kann FDMA eine gleichzeitige Übertragung realisieren und das Kanaltrennungsschema mithilfe der Zuordnungsbeziehung zwischen der Senderantenne und der Frequenzversatzposition bestimmen.

Unter diesen kann FDM einfach durch die folgende Abbildung zusammengefasst werden.

(a) Wenn der Frequenzversatz zwischen den zu trennenden Kanälen ein Vielfaches der Doppler-Auflösung ist, handelt es sich um DDMA;

(b) Wenn der Frequenzversatz zwischen den zu trennenden Kanälen ein Vielfaches der Signalbandbreite nach dem Dechirp ist, handelt es sich um RDMA；

(c) Wenn der Frequenzversatz zwischen den zu trennenden Kanälen ein Vielfaches der maximalen Schwebungsfrequenz ist, ist er BFD;

(d) Wenn der Frequenzversatz zwischen den zu trennenden Kanälen ein Vielfaches der Chirp-Bandbreite ist, handelt es sich um FT-FDMA.

MIMO-Kanaltrennung

Daher kann DDM als ein Fall von FDM betrachtet werden.

Entfernungs-Doppler-Karte (DDM)

TI implementiert Leerband-DDMA, stellt RangeProc DDMA DPU bereit und Doppler DDMA DPU bildet das Kernmodul von DDMA. Ich habe einen kurzen Blick auf die DDMA-Demodulation geworfen, die von der aktuellen Hardware von TI implementiert wird, und die Gesamtausführung ist immer noch in Ordnung. 

DDMA-Prinzip

Aus der DDMA-Modulation ist ersichtlich, dass DDM-MIMO ein hohes Maß an Phasenschieber erfordert und die Präzision des TI-Phasenschiebers ebenfalls sorgfältig bewertet werden muss.

Verarbeitungskette für Objekterkennungsdatenpfade

Allerdings ist DDMA keine einfache Lösung. Zu den potenziellen Problemen von DDMA gehören unter anderem:
Phasenkalibrierung Spitzenaliasing Unsymmetrische Amplitude

2944Demo-Test

Zusammenfassen

Gehen wir noch einen Schritt weiter und analysieren wir, welche Auswirkungen die Veröffentlichung von TI 2944 auf die Fahrzeugradarbranche haben könnte.

Wenn wir die Wettbewerbsfähigkeit von Radar nur aus technischer Sicht analysieren, liegt das Wichtigste bei Antenne, MMIC und Algorithmus. Chiphersteller stellen MMIC bereit, und Radarhersteller errichten aufgrund der Vorteile von Antenne und Algorithmus nach und nach ihre eigenen Barrieren, und dieser Zustand scheint sich langsam zu ändern.

1. Millimeterwellenradar wandelt sich allmählich von „Unterschied der Signalverarbeitungsverbindungen“ zu „Unterschied der Datenverarbeitungsverbindungen“, d. h. Unterschieden bei den Methoden zur Verarbeitung von Punktwolkendaten. Es befürwortet die Verwendung von TI HWA, festigt viele fortschrittliche Signalverarbeitungsalgorithmen und Benutzer müssen nur entsprechend ihren Anforderungen darauf zugreifen. Die Signalverarbeitungsalgorithmen werden standardisiert und der Radar-Bottom-Standard erstellt. Die Reduzierung der Verarbeitungsfrequenz von DSP und die Erhöhung der Kernfrequenz von ARM können Benutzer nicht nur dazu anleiten, die Verwendung von HWA in Verkleidung zu verstärken, sondern auch dazu beitragen, die Kosten auszugleichen . TI sagte auch:

Der Hardware Accelerator-Block (HWA 2.0) ergänzt DSS und MSS, indem er gängige Radarverarbeitung wie FFT, Constant False Alarm Rate (CFAR), Skalierung und Komprimierung auslagert. Dies spart MIPS auf dem DSS und MSS und eröffnet Ressourcen für benutzerdefinierte Anwendungen und Algorithmen höherer Ebene.

Das Schlachtfeld der Radarhersteller verlagert sich allmählich auf die Datenverarbeitung, einschließlich Verfolgung, Zielklassifizierung, Szenenverständnis, Edge-KI, Datenfusion usw.

2. Ich denke immer, dass die Signalverarbeitung der faszinierendste Teil des Millimeterwellenradars ist. Ein solcher Schritt wird zweifellos zu einer schwächeren Kontrolle aller Zwischenverbindungen von der ADC-Rohdatenausgabe bis zur Radarpunktwolkendatenausgabe durch Radarhersteller führen. Geringere Flexibilität der RSP-Schicht. Es wird die Schwelle der Radartechnologie weiter senken und einige technische Barrieren der ursprünglichen Radarhersteller überwinden. Es ist ersichtlich, dass die Chiplieferanten einen immer größeren Einfluss auf die Radarhersteller haben werden und die Strategie der „Gleichberechtigung“ auf der obersten Ebene der Chiphersteller die Produktunterschiede zwischen den Radarherstellern weiter verringern wird, was zwangsläufig zu niedrigen Preisen führen wird Wettbewerb.

Was die Upgrade-Richtung des Folgeradars betrifft, denke ich, dass der Signalverarbeitungsteil unter dem Einfluss der Chiphersteller teilweise verwässert und durch HWA noch gestärkt wird, und der RSP-Teil möglicherweise irgendwann ein Standardprodukt wird. Welche Art von Bewerbung benötigen Sie? Konfigurieren Sie einfach die Register, und die Konkurrenz konzentriert sich möglicherweise immer mehr auf die obere Datenverarbeitung. Auch die Integration der brandneuen AI Engine ist möglich. Bis zu einem gewissen Grad ähnelt das Millimeterwellenradar immer mehr dem Laserradar, mit Ausnahme des Frequenzbands.