टीआई दूसरी पीढ़ी के रडार चिप का गहन विश्लेषण

वाहन पर लगे रडार एडवांस्ड असिस्टेड ड्राइविंग (ADAS) और मानव रहित ड्राइविंग के मुख्य सेंसरों में से एक है, और वाहन पर लगे रडार चिप वाहन पर लगे रडार के मुख्य सेंसर में से एक है। आजकल, अत्यधिक एकीकृत (एमएमआईसी+डीएसपी/एमसीयू) वाहन-स्तरीय चिप लघुकरण, उच्च विश्वसनीयता, स्थिरता और रडार की कम लागत के लिए एक महत्वपूर्ण तरीका प्रदान करती है, और इसका महत्व स्वयं स्पष्ट है।

हाल ही में, TI कंपनी ने आधिकारिक तौर पर अगली पीढ़ी के वाहन-माउंटेड रडार चिप, AWR2944 को लॉन्च किया, और साथ में SDK, mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, संदर्भ डिज़ाइन टूलबॉक्स, MMWAVE _ ऑटोमोटिव _ टूलबॉक्स _ 3 _ 5 _ 0, और डेमो संदर्भ बोर्ड AWR2944 ईवीएम जारी किया। . तो यह रिलीज़ क्या समायोजन और उन्नयन लाती है, TI कंपनी के कौन से रडार चिप उत्पाद डिज़ाइन विचार प्रस्तुत करते हैं, और इसका वाहन रडार उद्योग पर क्या प्रभाव पड़ सकता है? आइए एक गहरा गोता लगाएँ।

AWR2944 TI को उच्च प्रदर्शन वाली दूसरी पीढ़ी के वाहन-माउंटेड रडार चिप के रूप में परिभाषित किया गया है, जो वर्तमान में पूर्वावलोकन चरण में है। कहने का तात्पर्य यह है कि चिप के नमूने या डेमो बोर्ड उपलब्ध कराए जा सकते हैं जिनका मूल्यांकन किया जा सकता है, जो आधिकारिक तौर पर बड़े पैमाने पर उत्पादित नहीं होते हैं।

AWR2944

आइए एक मुख्य बिंदु, डिवाइस अवलोकन से शुरू करें

AWR2944 अभी भी पैतृक 45nm RFCMOS प्रक्रिया है, जो 76GHz की उच्चतम बैंडविड्थ के साथ 81-5GHz फ़्रीक्वेंसी बैंड का समर्थन करती है। वहीं, चिप 4Tx4Rx को सपोर्ट करती है, जो TI में अब तक की सबसे बड़ी संख्या में सिंगल-चिप ट्रांसीवर एंटेना वाली चिप है;

पिछली AWR1xxx श्रृंखला की तुलना में, चरण नियंत्रण को -96 dBc/Hz [76 से 77 GHz] और -95 DBC/Hz [76 से 81 GHz] (चरण शोर @ 1 मेगाहर्ट्ज) तक थोड़ा सुधार किया गया है;

नया ट्रांसमीटर चरण शिफ्टर:DSS अपने स्वयं के DSP को एकीकृत करता है, लेकिन इसका मॉडल C674x से C66x में बदल दिया गया है। MSS में प्रोसेसर को ARM R4F से ARM R5F में अपग्रेड किया गया है, और हार्डवेयर एक्सेलेरेटर (HWA) को 2.0 में अपग्रेड किया गया है; ऑन-चिप रैम को 4एमबी तक बढ़ाया गया है।

हार्डवेयर सुरक्षा मॉड्यूल (एचएसएम) पहली बार एकीकृत किया गया है। HSM स्वयं मुख्य रूप से प्रोग्रामयोग्य ARM Cortex M4 कोर से बना है। इसके अलावा, रडार हार्डवेयर की सुरक्षा को और मजबूत करने के लिए सुरक्षित प्रमाणित और एन्क्रिप्टेड बूट समर्थन और एन्क्रिप्टेड HWA को बूट में जोड़ा जाता है।

वाहन-माउंटेड संचार इंटरफ़ेस के संदर्भ में, सभी दो CAN चैनल CAN-FD में समायोजित किए गए हैं, और 100 एमबीपीएस RGM II/RMII/MII ईथरनेट पहली बार समर्थित है;

एडीसी नमूना दर 37.5 एमएसपीएस है, चैनलों की संख्या 9 तक बढ़ गई है, यूएआरटी 4 तक बढ़ गई है, और डेटा अधिग्रहण और प्लेबैक के लिए सीएसआई 2 आरएक्स इंटरफ़ेस जोड़ा गया है।

प्राप्तकर्ता अंत TI आमतौर पर पिछली पीढ़ी में उपयोग की जाने वाली I/Q ऑर्थोगोनल मिश्रण संरचना को त्याग देता है, और I-चैनल मिश्रण संरचना को अपनाता है (जैसा कि नीचे दिखाया गया है);

सबसिस्टम प्राप्त करें (प्रति चैनल)

हार्डवेयर आर्किटेक्चर को निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है। AWR2944 अभी भी एक स्पष्ट मॉड्यूल डिज़ाइन है, और पहले पेश किए गए विभिन्न समायोजन और उन्नयन मूल रूप से एक नज़र में स्पष्ट हैं। मैंने आपकी सुविधा के लिए AWR1843 का ब्लॉक डायग्राम भी रखा है।

कार्यात्मक ब्लॉक आरेख(AWR2944)

कार्यात्मक ब्लॉक आरेख(AWR1843)

यह देखा जा सकता है कि, दूसरी पीढ़ी के उच्च-प्रदर्शन रडार चिप के रूप में, AWR2944 में समायोजन और उन्नयन के लिए बहुत सारे स्थान हैं। लेकिन मापदंडों का कार्य आख़िरकार केवल सतही है, और हमें इन समायोजनों और उन्नयनों के पीछे के गहरे तर्क को देखना होगा।

मैंने कोंटी के अगली पीढ़ी के कोणीय रडार को (उद्योग I अगली पीढ़ी के कोणीय रडार-एसआरआर600 से) पेश किया। बड़े FoV की स्थिति के तहत लंबी दूरी के लक्ष्यों की उच्च-सटीक धारणा को साकार करना एक बुनियादी आवश्यकता है, जो प्रदर्शन, कोणीय FoV, रिज़ॉल्यूशन और सटीकता को लेकर रडार के लिए नई चुनौतियां पेश करता है।

पिछली पीढ़ी की तुलना में, 944 उच्च कोणीय रिज़ॉल्यूशन और सटीकता प्राप्त करने के लिए एक और ट्रांसमिशन चैनल को एकीकृत करता है, और अधिक जटिल एंटीना लेआउट डिज़ाइन के लिए चिप-स्तरीय समर्थन भी प्रदान करता है।

आमतौर पर, लंबी दूरी की सेंसिंग को मुख्य रूप से एंटीना डिज़ाइन द्वारा हल किया जाता है, जो केंद्रित बीम की तुलना में दूर तक मापता है और FoV को संपीड़ित करता है। बड़े FoV की स्थिति में लंबी दूरी हासिल करना मुश्किल है। एक तरीका यह है कि कई एंटेना एक साथ संचारित होते हैं, उदाहरण के लिए, चार एंटेना एक साथ संचारित होते हैं, और सुपरइम्पोज़्ड चौड़ी किरण विस्तृत FoV की स्थिति के तहत दूर तक माप सकती है। हालाँकि, एक साथ ट्रांसमिशन की समस्या यह है कि रिसीवर के लिए सुपरइम्पोज़्ड बीम को विश्वसनीय रूप से अलग करना मुश्किल है। 944 एक बिल्कुल नई DDM-MIMO चैनल पृथक्करण योजना (नीचे विस्तृत) को अपनाता है, जो एक साथ ट्रांसमिशन के आधार पर विश्वसनीय चैनल पृथक्करण का एहसास करता है, और मूल रूप से बड़े FoV की स्थिति के तहत लंबी दूरी के लक्ष्यों की उच्च-सटीक धारणा का एहसास करता है। और इनमें से लगभग सभी को हार्डवेयर त्वरक द्वारा महसूस किया जाता है (केवल थोड़ी मात्रा में गणना डीएसपी द्वारा हस्तक्षेप की जाती है), इसलिए टीआई ने एचडब्ल्यूए को 2.0 में अपग्रेड किया।

साथ ही, चैनल संख्या और एल्गोरिदम जटिलता में वृद्धि के कारण होने वाले मेमोरी ओवरहेड को संतुलित करने के लिए रैम क्षमता बढ़ाई जाती है। ईथरनेट इंटरफ़ेस को जोड़ने का उद्देश्य रडार आउटपुट पॉइंट क्लाउड जैसी बढ़ती डेटा मात्रा की समस्या से निपटना भी है।

पहली पीढ़ी के चिप्स में, 1642 पहला है, और डीएसपी पूर्ण कंप्यूटिंग कोर है, जिसका उपयोग लगभग सभी सिग्नल प्रोसेसिंग और डेटा प्रोसेसिंग कार्यों के लिए किया जाता है। MCU मूल रूप से केवल कॉन्फ़िगरेशन, नियंत्रण और प्रबंधन के लिए उपयोग किया जाता है, जो TI द्वारा ARM MCU की मूल स्थिति है। इसलिए, एमएसएस और डीएसएस का उपचार संतुलित नहीं है, और टीआई के सटीक शब्द हैं: अधिकांश उपयोग के मामलों में एमएसएस को एक नियंत्रण डोमेन के रूप में परिभाषित किया गया है जबकि डीएसएस वास्तव में डीपीसी निष्पादित करता है।

हालाँकि, दूसरी पीढ़ी में, अग्रणी 2944 में, डीएसपी की स्थिति कमजोर हो गई थी, और समय लेने वाली और श्रम-गहन सिग्नल प्रोसेसिंग भाग मूल रूप से एचडब्ल्यूए द्वारा किया गया था। वास्तव में, जब तक आप इच्छुक हैं, संपूर्ण आरएसपी प्रसंस्करण लिंक एचडब्ल्यूए द्वारा साकार किया जाता है। TI को यह भी उम्मीद है कि आप HWA का अधिक उपयोग कर सकते हैं, इसलिए इसने DSP के विनिर्देशन को कम कर दिया। C66x की प्रोसेसिंग आवृत्ति केवल 360MHz है, जो पिछली पीढ़ी C67x की तुलना में बहुत कम है। इसके अलावा, एआरएम को न केवल कॉन्फ़िगरेशन और नियंत्रण के लिए, बल्कि ऊपरी डेटा प्रोसेसिंग के लिए भी मजबूत किया गया है। उदाहरण के लिए, ट्रैकिंग और वर्गीकरण को एआरएम द्वारा भी संसाधित किया जा सकता है, जो डीएसपी के प्रसंस्करण कार्यों को आगे साझा करता है, जो डीएसपी विनिर्देशों में गिरावट का कारण है।

इस प्रकार का परिवर्तन मिश्रित है, और हम इसके बारे में लेख के अंत में बात करेंगे।

हालाँकि 2944 का समायोजन और उन्नयन समृद्ध है, जो एक नया रडार अनुभव लाता है, डीएसपी विनिर्देशों में कमी और प्राप्त अंत में एकल-चैनल मिश्रण योजना में एडीसी की संख्या के कारण 2944 चिप की लागत ज्यादा नहीं बढ़ेगी।

और सॉफ्टवेयर डेमो संदर्भ डिजाइन। टीआई 2944 के लिए अनुकूलित एसडीके और टूलबॉक्स प्रदान करता है।

टूलबॉक्स में 2944 संदर्भ डिज़ाइन शामिल है जो NCAP R79 की कार्यात्मक आवश्यकताओं को पूरा करता है, और BSD, FCTA, LCA, आदि का समर्थन करता है। डेमो 80 मीटर के तहत क्षैतिज FoV ± 200° दूरी माप, 9.5° के कोणीय रिज़ॉल्यूशन का एहसास करता है। अधिक दिलचस्प बात यह है कि टीआई ने संदर्भ डिजाइन के फीचर कॉलम में ऐसा दिलचस्प वाक्य जोड़ा है: एमएम वेव डिवाइस क्षमताओं पर ग्राहकों का विश्वास बनाता है। ऐसा लगता है कि मिलीमीटर वेव रडार अभी भी अपेक्षाकृत विनम्र है।

AWR2944 ईवीएम

ईवीएम और डीसीए1000 का संयोजन कच्चे एडीसी डेटा के विश्लेषण का समर्थन करने के लिए कच्ची डेटा अधिग्रहण क्षमता प्रदान करता है।

डेमो बोर्ड एंटीना के MIMO लेआउट के समतुल्य सरणी है

आभासी एंटीना सरणी

एंटीना फ़्रीक्वेंसी बैंड 76GHz से 81GHz तक कवर करता है, 13dBi, 3dB के लाभ के साथ 3 dB ± 30° पिच ± 3° 6dB बीमविड्थ स्तर ± 45° पिच ± 5° का बीम चौड़ाई स्तर।

ऊंचाई विकिरण पैटर्न

TI SDK 3.x के बाद, एक बिल्कुल नया SW फ्रेमवर्क डिज़ाइन किया गया है, और DPC, DPM और DPU जैसी अवधारणाओं को पेश किया गया है, जो पूरे सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर को जटिल बनाता है लेकिन तर्क स्पष्ट है, और डेवलपर्स इसे जल्दी से विकसित करना शुरू कर सकते हैं। फ्रेमवर्क इस लेख का फोकस नहीं है, इसलिए मैं इसे यहां नहीं दोहराऊंगा। चलिए कोर अपग्रेड DDM-MIMO के बारे में बात करते हैं।

मैंने (MIMO चैनल सेपरेशन ऑफ 4D रडार) में FDM, TDM और CDM जैसी MIMO चैनल सेपरेशन तकनीकों पर चर्चा की है। टीडीएमए से अलग, एफडीएमए एक साथ ट्रांसमिशन का एहसास कर सकता है, और ट्रांसमीटर एंटीना और आवृत्ति ऑफसेट स्थिति के बीच मैपिंग संबंध का उपयोग करके चैनल पृथक्करण योजना निर्धारित कर सकता है।

उनमें से, एफडीएम को निम्नलिखित आंकड़े द्वारा संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है।

(ए) यदि अलग किए जाने वाले चैनलों के बीच आवृत्ति ऑफसेट डॉपलर रिज़ॉल्यूशन का एक गुणक है, तो यह डीडीएमए है;

(बी) यदि अलग किए जाने वाले चैनलों के बीच आवृत्ति ऑफसेट डीचिरप के बाद सिग्नल बैंडविड्थ का एक गुणक है, तो यह आरडीएमए है;

(सी) यदि अलग किए जाने वाले चैनलों के बीच आवृत्ति ऑफसेट अधिकतम बीट आवृत्ति का एक गुणक है, तो यह बीएफडी है;

(डी) यदि अलग किए जाने वाले चैनलों के बीच आवृत्ति ऑफसेट चिरप बैंडविड्थ का एक गुणक है, तो यह एफटी-एफडीएमए है।

एमआईएमओ चैनल पृथक्करण

इसलिए, डीडीएम को एफडीएम का मामला माना जा सकता है।

रेंज-डॉपलर मानचित्र (डीडीएम)

टीआई खाली-बैंड डीडीएमए लागू करता है, रेंजप्रोक डीडीएमए डीपीयू प्रदान करता है, और डॉपलर डीडीएमए डीपीयू डीडीएमए का मुख्य मॉड्यूल बनता है। मैंने टीआई के वर्तमान हार्डवेयर द्वारा कार्यान्वित डीडीएमए डिमॉड्यूलेशन पर एक संक्षिप्त नज़र डाली है, और समग्र समापन अभी भी ठीक है। 

डीडीएमए सिद्धांत

डीडीएमए मॉड्यूलेशन से यह देखा जा सकता है कि डीडीएम-एमआईएमओ को उच्च स्तर के चरण शिफ्टर की आवश्यकता होती है, और टीआई चरण शिफ्टर की सटीकता को भी सावधानीपूर्वक मूल्यांकन की आवश्यकता होती है।

ऑब्जेक्ट डिटेक्शन डेटा पाथ प्रोसेसिंग चेन

हालाँकि, DDMA कोई आसान समाधान नहीं है। डीडीएमए की संभावित समस्याओं में शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं:
चरण अंशांकन पीक अलियासिंग असंतुलित आयाम

2944डेमो टेस्ट

संक्षेप में प्रस्तुत करना

आइए एक और कदम बढ़ाएं और विश्लेषण करें कि टीआई 2944 की रिहाई का वाहन रडार उद्योग पर क्या प्रभाव पड़ सकता है।

यदि हम केवल तकनीकी दृष्टिकोण से रडार की प्रतिस्पर्धात्मकता का विश्लेषण करते हैं, तो सबसे महत्वपूर्ण बात एंटीना, एमएमआईसी और एल्गोरिदम में निहित है। चिप निर्माता एमएमआईसी प्रदान करते हैं, और रडार निर्माता धीरे-धीरे एंटीना और एल्गोरिदम के फायदे के कारण अपने स्वयं के अवरोध स्थापित करते हैं, और यह स्थिति धीरे-धीरे बदलती दिख रही है।

1. मिलीमीटर-वेव रडार धीरे-धीरे "सिग्नल प्रोसेसिंग लिंक के अंतर" से "डेटा प्रोसेसिंग लिंक के अंतर" में बदल रहा है, यानी, पॉइंट क्लाउड डेटा प्रोसेसिंग विधियों का अंतर। यह TI HWA के उपयोग की वकालत करता है, कई उन्नत सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम को मजबूत करता है, और उपयोगकर्ताओं को केवल अपनी आवश्यकताओं के अनुसार उन तक पहुंचने की आवश्यकता होती है। सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम को मानकीकृत किया जा रहा है, और रडार बॉटम मानक का निर्माण किया जा रहा है। डीएसपी की प्रोसेसिंग आवृत्ति को कम करने और एआरएम की कोर आवृत्ति को बढ़ाने से न केवल उपयोगकर्ताओं को छद्म रूप से एचडब्ल्यूए के उपयोग को मजबूत करने के लिए मार्गदर्शन मिल सकता है, बल्कि लागत को संतुलित करने में भी मदद मिल सकती है। . टीआई ने यह भी कहा:

हार्डवेयर एक्सेलेरेटर ब्लॉक (एचडब्ल्यूए 2.0) एफएफटी, कॉन्स्टेंट फाल्स अलार्म रेट (सीएफएआर), स्केलिंग और संपीड़न जैसे सामान्य रडार प्रसंस्करण को ऑफलोड करके डीएसएस और एमएसएस को पूरक करता है। यह डीएसएस और एमएसएस पर एमआईपीएस बचाता है, कस्टम अनुप्रयोगों और उच्च स्तरीय एल्गोरिदम के लिए संसाधन खोलता है।

रडार निर्माताओं का युद्धक्षेत्र धीरे-धीरे डेटा प्रोसेसिंग में बदल रहा है, जिसमें ट्रैकिंग, लक्ष्य वर्गीकरण, दृश्य समझ, एज एआई, डेटा फ़्यूज़न इत्यादि शामिल हैं।

2. मैं हमेशा सोचता हूं कि सिग्नल प्रोसेसिंग मिलीमीटर वेव रडार का सबसे आकर्षक हिस्सा है। इस तरह के कदम से निस्संदेह एडीसी कच्चे डेटा आउटपुट से लेकर रडार पॉइंट क्लाउड डेटा आउटपुट तक सभी मध्यवर्ती लिंक पर रडार निर्माताओं द्वारा नियंत्रण कमजोर हो जाएगा। आरएसपी परत का कम लचीलापन। यह रडार प्रौद्योगिकी की सीमा को और कम कर देगा और मूल रडार निर्माताओं की कुछ तकनीकी बाधाओं को तोड़ देगा। यह देखा जा सकता है कि चिप आपूर्तिकर्ताओं का रडार निर्माताओं पर अधिक से अधिक प्रभाव होगा, और चिप निर्माताओं के शीर्ष स्तर पर "समान अधिकार" की रणनीति रडार निर्माताओं के बीच उत्पाद अंतर को और कम कर देगी, जो कम कीमत में प्रवेश करने के लिए बाध्य है। प्रतियोगिता।

अनुवर्ती रडार की अपग्रेड दिशा के लिए, मुझे लगता है कि सिग्नल प्रोसेसिंग भाग चिप निर्माताओं के प्रभाव में आंशिक रूप से पतला हो जाएगा, और अभी भी एचडब्ल्यूए द्वारा मजबूत किया जाएगा, और आरएसपी भाग अंततः एक मानक उत्पाद हो सकता है। आपको किस प्रकार के एप्लिकेशन की आवश्यकता है? बस रजिस्टरों को कॉन्फ़िगर करें, और प्रतिस्पर्धा अधिक से अधिक ऊपरी डेटा प्रोसेसिंग पर केंद्रित हो सकती है। बिल्कुल नए AI इंजन को एकीकृत करना भी संभव है। कुछ हद तक, फ़्रीक्वेंसी बैंड को छोड़कर मिलीमीटर-वेव रडार अधिक से अधिक लेजर रडार की तरह होगा।