Analisi approfondita del chip radar di seconda generazione TI

Il radar montato sul veicolo è uno dei sensori principali della guida assistita avanzata (ADAS) e della guida senza pilota, e il chip radar montato sul veicolo è il nucleo del radar montato sul veicolo. Al giorno d'oggi, il chip a livello di veicolo altamente integrato (MMIC+DSP/MCU) fornisce una via chiave per la miniaturizzazione, l'elevata affidabilità, la stabilità e il basso costo del radar, e la sua importanza è evidente.

Recentemente, TI Company ha lanciato ufficialmente il chip radar montato su veicolo di nuova generazione, AWR2944, e ha rilasciato l'SDK di accompagnamento, mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, il toolbox di progettazione di riferimento, MMWAVE _ automotive _ toolbox _ 3 _ 5 _ 0, e la scheda di riferimento demo AWR2944 EVM . Quindi, quali modifiche e aggiornamenti apporta questa versione, quali idee di progettazione di prodotti di chip radar rappresentano l'azienda TI e quale impatto potrebbe avere sul settore dei radar per veicoli? Facciamo un'immersione profonda.

AWR2944 TI è definito come il chip radar montato su veicolo di seconda generazione ad alte prestazioni, attualmente in fase di anteprima. Ciò significa che possono essere forniti campioni di chip o schede dimostrative valutabili, che non sono ufficialmente prodotti in serie.

AWR2944

Cominciamo con un punto chiave, Panoramica del dispositivo

AWR2944 è ancora il processo RFCMOS ancestrale da 45 nm, che supporta la banda di frequenza 76-81 GHz con la larghezza di banda massima di 5 GHz. Allo stesso tempo, il chip supporta 4Tx4Rx, che è finora il chip con il maggior numero di antenne ricetrasmittenti a chip singolo in TI;

Rispetto alla precedente serie AWR1xxx, il controllo di fase è leggermente migliorato a -96 dBc/Hz [da 76 a 77 GHz] e -95 DBC/Hz [da 76 a 81 GHz] (rumore di fase a 1 MHz);

Nuovo sfasatore del trasmettitore: DSS integra il proprio DSP, ma il suo modello viene modificato da C674x a C66x. Il processore in MSS viene aggiornato da ARM R4F a ARM R5F e l'acceleratore hardware (HWA) viene aggiornato alla versione 2.0; La RAM su chip è stata aumentata a 4 MB.

Per la prima volta viene integrato l'Hardware Security Module (HSM). Lo stesso HSM è composto principalmente da un core ARM Cortex M4 programmabile. Inoltre, all'avvio vengono aggiunti il supporto di avvio sicuro autenticato e crittografato e l'HWA crittografato per rafforzare ulteriormente la sicurezza dell'hardware radar.

In termini di interfaccia di comunicazione montata sul veicolo, tutti e due i canali CAN sono adattati a CAN-FD e per la prima volta è supportata l'Ethernet RGM II/RMII/MII a 100 Mbps;

La frequenza di campionamento ADC è di 37.5 Msps, il numero di canali è aumentato a 9, l'UART è aumentato a 4 e l'interfaccia Rx CSI2 è stata aggiunta per l'acquisizione e la riproduzione dei dati.

L'estremità ricevente TI abbandona la struttura di miscelazione ortogonale I/Q comunemente utilizzata nella generazione precedente e adotta la struttura di miscelazione a canale I (come mostrato di seguito);

Sottosistema di ricezione (per canale)

L'architettura hardware è mostrata nella figura seguente. AWR2944 ha ancora un design del modulo chiaro e le varie modifiche e aggiornamenti introdotti in precedenza sono sostanzialmente chiari a colpo d'occhio. Metto anche lo schema a blocchi dell'AWR1843 per tua comodità.

Diagramma a blocchi funzionali (AWR2944)

Diagramma a blocchi funzionali (AWR1843)

Si può vedere che, essendo il chip radar ad alte prestazioni di seconda generazione, l'AWR2944 ha molti posti da regolare e aggiornare. Ma dopo tutto la funzione dei parametri è solo superficiale e dobbiamo guardare alla logica profonda che sta dietro questi aggiustamenti e aggiornamenti.

Ho introdotto il radar angolare di nuova generazione di Conti in (Industry I Next-Generation Angular Radar-da SRR600). È un requisito fondamentale realizzare una percezione ad alta precisione di bersagli a lunga distanza in condizioni di ampio campo visivo, il che pone nuove sfide alle prestazioni del raggio radar, al campo visivo angolare, alla risoluzione e all'accuratezza.

Rispetto alla generazione precedente, 944 integra un canale di trasmissione in più per ottenere una risoluzione angolare e una precisione più elevate e fornisce anche supporto a livello di chip per progetti di layout di antenna più complessi.

Di solito, il rilevamento a lunga distanza viene risolto principalmente dalla progettazione dell'antenna, che misura più lontano del raggio focalizzato e comprime il campo visivo. È difficile ottenere una portata a lunga distanza in condizioni di ampio FoV. Un modo è che più antenne trasmettano simultaneamente, ad esempio, quattro antenne trasmettono simultaneamente e l'ampio raggio sovrapposto può misurare più lontano in condizioni di ampio FoV. Tuttavia, il problema della trasmissione simultanea è che è difficile per il ricevitore separare in modo affidabile i raggi sovrapposti. 944 adotta un nuovissimo schema di separazione dei canali DDM-MIMO (dettagliato di seguito), che realizza una separazione affidabile dei canali sulla base della trasmissione simultanea e sostanzialmente realizza una percezione ad alta precisione di obiettivi a lunga distanza in condizioni di ampio FoV. E quasi tutto questo è realizzato dall'acceleratore hardware (solo una piccola parte del calcolo è intervenuta dal DSP), quindi TI ha aggiornato HWA alla 2.0.

Allo stesso tempo, la capacità della RAM viene aumentata per bilanciare il sovraccarico di memoria causato dall'aumento del numero di canali e della complessità dell'algoritmo. L'aggiunta dell'interfaccia Ethernet serve anche a risolvere il problema dell'aumento del volume di dati come la nuvola di punti di uscita del radar.

Tra i chip di prima generazione, il 1642 è il primo e il DSP è il nucleo di calcolo assoluto, utilizzato per quasi tutte le attività di elaborazione del segnale e di elaborazione dei dati. L'MCU viene fondamentalmente utilizzato solo per la configurazione, il controllo e la gestione, che è il posizionamento di base dell'MCU ARM di TI. Pertanto, il trattamento di MSS e DSS non è bilanciato e le parole esatte di TI sono: Nella maggior parte dei casi d'uso, MSS è definito come dominio di controllo mentre DSS esegue effettivamente il DPC.

Tuttavia, nella seconda generazione, il principale 2944, lo status del DSP era indebolito e la parte di elaborazione del segnale, dispendiosa in termini di tempo e manodopera, veniva fondamentalmente eseguita da HWA. Infatti, se lo desideri, l'intero collegamento di elaborazione RSP viene realizzato da HWA. TI spera anche che tu possa utilizzare di più l'HWA, quindi ha abbassato le specifiche del DSP. La frequenza di elaborazione del C66x è di soli 360 MHz, che è molto inferiore a quella della generazione precedente C67x. Inoltre, ARM viene potenziato, non solo per la configurazione e il controllo, ma anche per l'elaborazione superiore dei dati. Ad esempio, il tracciamento e la classificazione possono essere elaborati anche da ARM, che condivide ulteriormente i compiti di elaborazione del DSP, motivo per cui le specifiche DSP vengono meno.

Questo tipo di cambiamento è misto e ne parleremo alla fine dell'articolo.

Sebbene le regolazioni e gli aggiornamenti del 2944 siano ricchi e portino una nuova esperienza radar, il costo del chip 2944 non aumenterà molto a causa della riduzione delle specifiche DSP e del numero di ADC nello schema di missaggio a canale singolo all'estremità ricevente.

E progetto di riferimento demo software. TI fornisce SDK e Toolbox adattati a 2944.

Toolbox contiene il progetto di riferimento 2944 che soddisfa i requisiti funzionali di NCAP R79 e supporta BSD, FCTA, LCA, ecc. La demo realizza la misurazione della distanza orizzontale FoV ± 80° sotto i 200 m, risoluzione angolare di 9.5°. Ancora più interessante, TI ha aggiunto una frase così interessante nella colonna delle caratteristiche del progetto di riferimento: Costruisce la fiducia dei clienti sulle capacità dei dispositivi a onde mm. Sembra che il radar a onde millimetriche sia ancora relativamente modesto.

AWR2944EVM

La combinazione di EVM e DCA1000 fornisce funzionalità di acquisizione di dati grezzi per supportare l'analisi dei dati ADC grezzi.

L'array equivalente del layout MIMO dell'antenna della scheda demo è

Array di antenne virtuali

La banda di frequenza dell'antenna copre da 76GHz a 81GHz, con un guadagno di 13dBi, 3dB un livello di larghezza del fascio di 3 dB ± 30° passo ± 3° 6dB livello di larghezza del fascio ± 45° passo ± 5°.

Schema di radiazione di elevazione

Dopo TI SDK 3.x, viene progettato un nuovissimo SW Framework e vengono introdotti concetti come DPC, DPM e DPU, il che rende l'intera architettura software complessa ma la logica è chiara e gli sviluppatori possono iniziare rapidamente a svilupparla. Il framework non è il focus di questo articolo, quindi non lo ripeterò qui. Parliamo dell'aggiornamento core DDM-MIMO.

Ho discusso delle tecnologie di separazione dei canali MIMO come FDM, TDM e CDM in (separazione dei canali MIMO del radar 4D). Diversamente da TDMA, FDMA può realizzare la trasmissione simultanea e determinare lo schema di separazione dei canali utilizzando la relazione di mappatura tra l'antenna del trasmettitore e la posizione di offset della frequenza.

Tra questi, l’FDM può essere semplicemente riassunto dalla figura seguente.

(a) Se l'offset di frequenza tra i canali da separare è un multiplo della risoluzione Doppler, è DDMA;

(b) Se l'offset di frequenza tra i canali da separare è un multiplo della larghezza di banda del segnale dopo il dechirp, è RDMA;

(c) Se lo spostamento di frequenza tra i canali da separare è un multiplo della frequenza di battimento massima, è BFD;

(d) Se l'offset di frequenza tra i canali da separare è un multiplo della larghezza di banda del chirp, è FT-FDMA.

Separazione dei canali MIMO

Pertanto, il DDM può essere considerato un caso di FDM.

Mappa Range-Doppler (DDM)

TI implementa il DDMA a banda vuota, fornisce RangeProc DDMA DPU e Doppler DDMA DPU costituisce il modulo principale di DDMA. Ho dato una breve occhiata alla demodulazione DDMA implementata dall'attuale hardware di TI e il completamento complessivo è ancora OK. 

Principio DDMA

Dalla modulazione DDMA si può vedere che DDM-MIMO richiede un elevato livello di sfasatore e anche la precisione dello sfasatore TI necessita di un'attenta valutazione.

Catena di elaborazione del percorso dati di rilevamento oggetti

Tuttavia, il DDMA non è una soluzione facile. I potenziali problemi del DDMA includono, ma non sono limitati a,
Calibrazione di fase Aliasing di picco Ampiezza sbilanciata

Prova demo 2944

Riassumere

Facciamo un ulteriore passo avanti e analizziamo l'impatto che il rilascio della TI 2944 potrebbe avere sul settore dei radar per veicoli.

Se analizziamo la competitività del radar solo dal punto di vista tecnico, la cosa più importante risiede nell'antenna, nel MMIC e nell'algoritmo. I produttori di chip forniscono MMIC e i produttori di radar stabiliscono gradualmente le proprie barriere grazie ai vantaggi dell’antenna e dell’algoritmo, e questo stato sembra cambiare lentamente.

1. Il radar a onde millimetriche sta gradualmente cambiando da "differenza dei collegamenti di elaborazione del segnale" a "differenza dei collegamenti di elaborazione dei dati", ovvero differenza dei metodi di elaborazione dei dati della nuvola di punti. Sostiene l'uso di TI HWA, consolida molti algoritmi avanzati di elaborazione del segnale e gli utenti devono accedervi solo in base alle loro esigenze. Gli algoritmi di elaborazione del segnale vengono standardizzati e viene costruito lo standard radar inferiore. Ridurre la frequenza di elaborazione del DSP e aumentare la frequenza principale di ARM non solo può guidare gli utenti a rafforzare l'uso di HWA sotto mentite spoglie, ma aiuta anche a bilanciare i costi . TI ha anche detto:

Il blocco Hardware Accelerator (HWA 2.0) integra DSS e MSS scaricando le comuni elaborazioni radar come FFT, Constant False Alarm Rate (CFAR), scaling e compressione. Ciò consente di risparmiare MIPS su DSS e MSS, aprendo risorse per applicazioni personalizzate e algoritmi di livello superiore.

Il campo di battaglia dei produttori di radar si sta gradualmente spostando verso l’elaborazione dei dati, compreso il tracciamento, la classificazione dei bersagli, la comprensione della scena, l’intelligenza artificiale, la fusione dei dati e così via.

2. Penso sempre che l'elaborazione del segnale sia la parte più affascinante del radar a onde millimetriche. Una tale mossa porterà senza dubbio a un controllo più debole di tutti i collegamenti intermedi dall’output dei dati grezzi dell’ADC ai dati della nuvola di punti radar emessi dai produttori di radar. Minore flessibilità dello strato RSP. Abbasserà ulteriormente la soglia della tecnologia radar e infrangerà alcune barriere tecniche dei produttori di radar originali. Si può vedere che i fornitori di chip avranno un’influenza sempre maggiore sui produttori di radar, e la strategia della “parità di diritti” al livello più alto dei produttori di chip ridurrà ulteriormente le differenze di prodotto tra i produttori di radar, che sono destinati a entrare nel settore dei prezzi bassi concorrenza.

Per quanto riguarda la direzione dell'aggiornamento del radar di follow-up, penso che la parte di elaborazione del segnale sarà parzialmente diluita sotto l'influenza dei produttori di chip e sarà ancora rafforzata da HWA, e la parte RSP potrebbe eventualmente diventare un prodotto standard. Di che tipo di applicazione hai bisogno? Basta configurare i registri e la concorrenza potrebbe concentrarsi sempre di più sull'elaborazione dati superiore. È anche possibile integrare il nuovissimo AI Engine. In una certa misura, il radar a onde millimetriche sarà sempre più simile al radar laser, ad eccezione della banda di frequenza.