Analisis mendalam chip radar generasi kedua TI

Radar yang dipasang di kendaraan adalah salah satu sensor inti dari Advanced Assisted Driving (ADAS) dan mengemudi tanpa awak, dan chip radar yang dipasang di kendaraan adalah inti dari radar yang dipasang di kendaraan. Saat ini, chip tingkat kendaraan yang sangat terintegrasi (MMIC+DSP/MCU) menyediakan cara utama untuk miniaturisasi, keandalan tinggi, stabilitas, dan biaya radar yang rendah, dan pentingnya hal ini terbukti dengan sendirinya.

Baru-baru ini, Perusahaan TI secara resmi meluncurkan chip radar yang dipasang di kendaraan generasi berikutnya, AWR2944, dan merilis SDK yang menyertainya, mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, kotak peralatan desain referensi, MMWAVE _ otomotif _ kotak peralatan _ 3 _ 5 _ 0, dan papan referensi demo AWR2944 EVM . Jadi penyesuaian dan peningkatan apa yang dibawa oleh rilis ini, ide desain produk chip radar apa yang diwakili oleh Perusahaan TI, dan apa dampaknya terhadap industri radar kendaraan? Mari kita menyelam lebih dalam.

AWR2944 TI didefinisikan sebagai chip radar yang dipasang di kendaraan generasi kedua dengan kinerja tinggi, yang saat ini sedang dalam tahap Pratinjau. Artinya, sampel chip atau papan demo yang dapat dievaluasi dapat disediakan, yang tidak diproduksi secara massal secara resmi.

AWR2944

Mari kita mulai dengan poin penting, Ikhtisar Perangkat

AWR2944 masih merupakan proses RFCMOS 45nm leluhur, yang mendukung pita frekuensi 76-81GHz dengan bandwidth tertinggi 5GHz. Pada saat yang sama, chip tersebut mendukung 4Tx4Rx, yang merupakan chip dengan jumlah antena transceiver chip tunggal terbesar di TI sejauh ini;

Dibandingkan dengan seri AWR1xxx sebelumnya, kontrol fase sedikit ditingkatkan menjadi -96 dBc/Hz [76 hingga 77 GHz] dan -95 DBC/Hz [76 hingga 81 GHz] (kebisingan fase @ 1 MHz);

Pengalih fase pemancar baru:DSS mengintegrasikan DSP-nya sendiri, tetapi modelnya diubah dari C674x menjadi C66x. Prosesor di MSS ditingkatkan dari ARM R4F ke ARM R5F, dan akselerator perangkat keras (HWA) ditingkatkan ke 2.0; RAM dalam chip ditingkatkan menjadi 4MB.

Modul Keamanan Perangkat Keras (HSM) terintegrasi untuk pertama kalinya. HSM sendiri sebagian besar terdiri dari inti ARM Cortex M4 yang dapat diprogram. Selain itu, dukungan boot yang diautentikasi dan terenkripsi aman serta HWA terenkripsi ditambahkan ke boot untuk lebih memperkuat keamanan perangkat keras radar.

Dalam hal antarmuka komunikasi yang dipasang di kendaraan, kedua saluran CAN disesuaikan dengan CAN-FD, dan Ethernet 100 Mbps RGM II/RMII/MII didukung untuk pertama kalinya;

Tingkat pengambilan sampel ADC adalah 37.5Msps, jumlah saluran ditingkatkan menjadi 9, UART ditingkatkan menjadi 4, dan antarmuka CSI2 Rx ditambahkan untuk akuisisi dan pemutaran data.

TI ujung penerima meninggalkan struktur pencampuran ortogonal I/Q yang biasa digunakan pada generasi sebelumnya, dan mengadopsi struktur pencampuran saluran-I (seperti yang ditunjukkan di bawah);

Subsistem Penerimaan (Per Saluran)

Arsitektur perangkat keras ditunjukkan pada gambar berikut. AWR2944 masih merupakan desain modul yang jelas, dan berbagai penyesuaian serta peningkatan yang diperkenalkan sebelumnya pada dasarnya sekilas terlihat jelas. Saya juga memasang diagram blok AWR1843 untuk kenyamanan Anda.

Diagram Blok Fungsional (AWR2944)

Diagram Blok Fungsional (AWR1843)

Terlihat bahwa, sebagai chip radar berperforma tinggi generasi kedua, AWR2944 memiliki banyak ruang untuk penyesuaian dan peningkatan. Namun fungsi parameter hanya bersifat dangkal, dan kita harus melihat logika mendalam di balik penyesuaian dan peningkatan ini.

Saya memperkenalkan radar sudut generasi berikutnya Conti di (Radar Sudut Generasi Berikutnya Industri I-dari SRR600). Ini merupakan persyaratan dasar untuk mewujudkan persepsi presisi tinggi terhadap target jarak jauh dalam kondisi FoV yang besar, yang menimbulkan tantangan baru terhadap kinerja jangkauan radar, FoV sudut, resolusi dan akurasi.

Dibandingkan dengan generasi sebelumnya, 944 mengintegrasikan satu saluran transmisi lagi untuk mencapai resolusi dan akurasi sudut yang lebih tinggi, dan juga menyediakan dukungan tingkat chip untuk desain tata letak antena yang lebih kompleks.

Biasanya, penginderaan jarak jauh terutama diselesaikan dengan desain antena, yang mengukur lebih jauh dari sinar terfokus dan memampatkan FoV. Sulit untuk mencapai jangkauan jarak jauh dalam kondisi FoV yang besar. Salah satu caranya adalah dengan mengirimkan beberapa antena secara bersamaan, misalnya empat antena mengirimkan secara bersamaan, dan sinar lebar yang ditumpangkan dapat mengukur lebih jauh dalam kondisi FoV lebar. Namun, masalah transmisi simultan adalah sulitnya penerima memisahkan berkas yang ditumpangkan secara andal. 944 mengadopsi skema pemisahan saluran DDM-MIMO baru (dirinci di bawah), yang mewujudkan pemisahan saluran yang andal berdasarkan transmisi simultan, dan pada dasarnya mewujudkan persepsi presisi tinggi terhadap target jarak jauh dalam kondisi FoV yang besar. Dan hampir semua ini diwujudkan oleh akselerator perangkat keras (hanya sejumlah kecil perhitungan yang diintervensi oleh DSP), sehingga TI mengupgrade HWA ke 2.0.

Pada saat yang sama, kapasitas RAM ditingkatkan untuk menyeimbangkan overhead memori yang disebabkan oleh peningkatan jumlah saluran dan kompleksitas algoritma. Penambahan antarmuka Ethernet juga untuk mengatasi masalah peningkatan volume data seperti titik keluaran radar cloud.

Di antara chip generasi pertama, 1642 adalah yang pertama, dan DSP adalah inti komputasi absolut, yang digunakan untuk hampir semua tugas pemrosesan sinyal dan pemrosesan data. MCU pada dasarnya hanya digunakan untuk konfigurasi, pengendalian dan manajemen, yang merupakan positioning dasar ARM MCU oleh TI. Oleh karena itu, perlakuan terhadap MSS dan DSS tidak seimbang, dan arti sebenarnya dari TI adalah: Dalam sebagian besar kasus penggunaan, MSS didefinisikan sebagai domain kontrol sedangkan DSS sebenarnya mengeksekusi DPC.

Namun, pada generasi kedua, yang terdepan 2944, status DSP melemah, dan bagian pemrosesan sinyal yang memakan waktu dan tenaga pada dasarnya dilakukan oleh HWA. Faktanya, selama Anda bersedia, seluruh link pemrosesan RSP direalisasikan oleh HWA. TI juga berharap bisa lebih banyak menggunakan HWA sehingga menurunkan spesifikasi DSP. Frekuensi pemrosesan C66x hanya 360MHz, jauh lebih rendah dibandingkan C67x generasi sebelumnya. Selain itu, ARM diperkuat, tidak hanya untuk konfigurasi dan kontrol, tetapi juga untuk pemrosesan data tingkat atas. Misalnya, pelacakan dan klasifikasi juga dapat diproses oleh ARM, yang selanjutnya berbagi tugas pemrosesan DSP, yang menjadi alasan penurunan spesifikasi DSP.

Perubahan semacam ini beragam, dan kita akan membicarakannya di akhir artikel.

Meskipun penyesuaian dan peningkatan 2944 kaya, yang menghadirkan pengalaman radar baru, biaya chip 2944 tidak akan meningkat banyak karena pengurangan spesifikasi DSP dan jumlah ADC dalam skema pencampuran saluran tunggal di sisi penerima.

Dan desain referensi demo perangkat lunak. TI menyediakan SDK dan Toolbox yang disesuaikan dengan 2944.

Toolbox berisi 2944 desain referensi yang memenuhi persyaratan fungsional NCAP R79, dan mendukung BSD, FCTA, LCA, dll. Demo mewujudkan FoV horizontal ± 80° Pengukuran jarak di bawah 200m, resolusi sudut 9.5° . Menariknya lagi, TI menambahkan kalimat menarik tersebut pada kolom fitur desain referensi: Membangun kepercayaan pelanggan terhadap kemampuan perangkat gelombang mm. Tampaknya radar gelombang milimeter masih tergolong sederhana.

AWR2944 EVM

Kombinasi EVM dan DCA1000 memberikan kemampuan akuisisi data mentah untuk mendukung analisis data ADC mentah.

Susunan tata letak MIMO yang setara dengan antena papan Demo adalah

Susunan Antena Virtual

Pita frekuensi antena mencakup 76GHz hingga 81GHz, dengan penguatan 13dBi, 3dB, tingkat lebar berkas 3 dB ± 30° pitch ± 3° 6dB tingkat lebar berkas ± 45° pitch ± 5°.

Pola Radiasi Ketinggian

Setelah TI SDK 3.x, Kerangka SW baru dirancang, dan konsep seperti DPC, DPM, dan DPU diperkenalkan, yang membuat keseluruhan arsitektur perangkat lunak menjadi kompleks tetapi logikanya jelas, dan pengembang dapat dengan cepat mulai mengembangkannya. Kerangka kerja bukanlah fokus artikel ini, jadi saya tidak akan mengulanginya di sini. Mari kita bicara tentang peningkatan inti DDM-MIMO.

Saya telah membahas teknologi pemisahan saluran MIMO seperti FDM, TDM dan CDM di (pemisahan saluran MIMO radar 4D). Berbeda dengan TDMA, FDMA dapat mewujudkan transmisi simultan, dan menentukan skema pemisahan saluran dengan menggunakan pemetaan hubungan antara antena pemancar dan posisi offset frekuensi.

Diantaranya, FDM secara sederhana dapat dirangkum melalui gambar berikut.

(a) Jika offset frekuensi antar saluran yang akan dipisahkan merupakan kelipatan resolusi Doppler, maka disebut DDMA;

(b) Jika offset frekuensi antara saluran yang akan dipisahkan adalah kelipatan bandwidth sinyal setelah dechirp, itu adalah RDMA；

(c) Jika offset frekuensi antar saluran yang akan dipisahkan merupakan kelipatan frekuensi denyut maksimum, maka disebut BFD;

(d) Jika offset frekuensi antar saluran yang akan dipisahkan adalah kelipatan bandwidth kicauan, maka disebut FT-FDMA.

Pemisahan saluran MIMO

Oleh karena itu, DDM dapat dianggap sebagai kasus FDM.

Peta Rentang-Doppler (DDM)

TI mengimplementasikan DDMA pita kosong, menyediakan DPU DDMA RangeProc, dan DPU DDMA Doppler merupakan modul inti DDMA. Saya melihat sekilas Demodulasi DDMA yang diterapkan oleh perangkat keras TI saat ini, dan penyelesaian keseluruhan masih OK. 

Prinsip DDMA

Terlihat dari modulasi DDMA bahwa DDM-MIMO memerlukan pengalih fasa tingkat tinggi, dan ketepatan pengalih fasa TI juga memerlukan evaluasi yang cermat.

Rantai Pemrosesan Jalur Data Deteksi Objek

Namun, DDMA bukanlah solusi yang mudah. Potensi masalah DDMA termasuk, namun tidak terbatas pada,
Kalibrasi fasa Puncak alias amplitudo tidak seimbang

Tes demo 2944

Meringkaskan

Mari kita mengambil langkah lain dan menganalisis dampak apa yang mungkin ditimbulkan oleh peluncuran TI 2944 terhadap industri radar kendaraan.

Jika kita menganalisis daya saing radar dari segi teknis, yang terpenting terletak pada antena, MMIC dan algoritma. Produsen chip menyediakan MMIC, dan produsen radar secara bertahap membangun penghalang mereka sendiri karena keunggulan antena dan algoritma, dan keadaan ini tampaknya berubah secara perlahan.

1. Radar gelombang milimeter secara bertahap berubah dari "perbedaan tautan pemrosesan sinyal" menjadi "perbedaan tautan pemrosesan data", yaitu perbedaan metode pemrosesan data point cloud. Ini menganjurkan penggunaan TI HWA, memperkuat banyak algoritma pemrosesan sinyal canggih, dan pengguna hanya perlu mengaksesnya sesuai dengan kebutuhan mereka. Algoritme pemrosesan sinyal sedang distandarisasi, dan standar dasar radar sedang dibangun. Mengurangi frekuensi pemrosesan DSP dan meningkatkan frekuensi inti ARM tidak hanya dapat memandu pengguna untuk memperkuat penggunaan HWA yang terselubung, tetapi juga membantu menyeimbangkan biaya. . TI juga mengatakan:

Blok Hardware Accelerator (HWA 2.0) melengkapi DSS dan MSS dengan membongkar pemrosesan radar umum seperti FFT, Constant False Alarm rate (CFAR), penskalaan, dan kompresi. Hal ini menghemat MIPS pada DSS dan MSS, membuka sumber daya untuk aplikasi khusus dan algoritma tingkat yang lebih tinggi.

Medan pertempuran produsen radar secara bertahap berubah menjadi pemrosesan data, termasuk pelacakan, klasifikasi target, pemahaman pemandangan, edge AI, fusi data, dan sebagainya.

2. Saya selalu berpikir bahwa pemrosesan sinyal adalah bagian paling menarik dari radar gelombang milimeter. Langkah seperti itu tidak diragukan lagi akan menyebabkan lemahnya kendali atas semua tautan perantara dari keluaran data mentah ADC hingga keluaran data titik cloud radar oleh produsen radar. Fleksibilitas lapisan RSP yang lebih rendah. Hal ini akan semakin menurunkan ambang batas teknologi radar dan mendobrak beberapa hambatan teknis dari produsen radar asli. Dapat dilihat bahwa pemasok chip akan memiliki pengaruh yang semakin besar terhadap produsen radar, dan strategi "persamaan hak" di tingkat atas produsen chip akan semakin mengurangi perbedaan produk di antara produsen radar, yang pasti akan memasuki pasar dengan harga rendah. kompetisi.

Mengenai arah peningkatan radar tindak lanjut, menurut saya bagian pemrosesan sinyal akan terdilusi sebagian di bawah pengaruh produsen chip, dan masih akan diperkuat oleh HWA, dan bagian RSP pada akhirnya mungkin menjadi produk standar. Aplikasi seperti apa yang Anda butuhkan? Cukup konfigurasikan registernya, dan persaingan mungkin semakin terkonsentrasi pada pemrosesan data tingkat atas. Dimungkinkan juga untuk mengintegrasikan AI Engine baru. Sampai batas tertentu, radar gelombang milimeter akan semakin mirip radar laser kecuali pita frekuensinya.