TI 第 2 世代レーダーチップの詳細な分析

車載レーダーはADAS（Advanced Assisted Driving）や無人運転の核となるセンサーの1つであり、車載レーダーチップは車載レーダーの中核となります。現在、高度に統合された (MMIC+DSP/MCU) 車両レベルのチップは、レーダーの小型化、高信頼性、安定性、低コスト化の鍵となる手段となっており、その重要性は自明です。

最近、TI 社は次世代車載レーダー チップ AWR2944 を正式に発売し、付属の SDK mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01、リファレンス デザイン ツールボックス MMWAVE_automotive_toolbox_3_5_0、およびデモ リファレンス ボード AWR2944 EVM をリリースしました。 。それでは、このリリースではどのような調整とアップグレードがもたらされ、TI 社のレーダー チップ製品設計のアイデアはどれを表しており、車両レーダー業界にどのような影響を与える可能性があるのでしょうか?深く掘り下げてみましょう。

AWR2944 TIは、高性能を備えた第XNUMX世代の車載レーダーチップと定義されており、現在プレビュー段階にあります。つまり、正式に量産されていないチップサンプルや評価可能なデモボードを提供することができます。

AWR2944

重要なポイントであるデバイスの概要から始めましょう

AWR2944 は依然として先祖代々の 45nm RFCMOS プロセスであり、最高帯域幅 76 GHz の 81 ～ 5 GHz の周波数帯域をサポートします。同時に、このチップは 4Tx4Rx をサポートします。これは、これまで TI で最も多くのシングルチップ トランシーバー アンテナを備えたチップです。

以前の AWR1xxx シリーズと比較して、位相制御は -96 dBc/Hz [76 ～ 77 GHz] および -95 DBC/Hz [76 ～ 81 GHz] (位相ノイズ @ 1 MHz) にわずかに改善されています。

新しい送信機位相シフタ:DSS は独自の DSP を統合していますが、そのモデルは C674x から C66x に変更されました。 MSS のプロセッサは ARM R4F から ARM R5F にアップグレードされ、ハードウェア アクセラレータ (HWA) は 2.0 にアップグレードされます。オンチップRAMが4MBに増加。

ハードウェア セキュリティ モジュール (HSM) が初めて統合されました。 HSM 自体は主にプログラム可能な ARM Cortex M4 コアで構成されています。さらに、安全な認証および暗号化されたブートのサポートと暗号化された HWA がブートに追加され、レーダー ハードウェアのセキュリティがさらに強化されます。

車載通信インターフェースに関しては、100 つの CAN チャネルすべてが CAN-FD に調整され、XNUMX Mbps RGM II/RMII/MII イーサネットが初めてサポートされます。

ADC サンプリング レートは 37.5Msps で、チャネル数は 9 に増加し、UART は 4 に増加し、データの取得と再生のために CSI2 Rx インターフェイスが追加されました。

受信側 TI は、前世代で一般的に使用されていた I/Q 直交ミキシング構造を放棄し、I チャネル ミキシング構造 (以下に示すように) を採用します。

受信サブシステム (チャネルごと)

ハードウェア アーキテクチャを次の図に示します。 AWR2944 は依然として明確なモジュール設計であり、以前に紹介したさまざまな調整とアップグレードは基本的に一目瞭然です。参考までにAWR1843のブロック図も載せておきます。

機能ブロック図(AWR2944)

機能ブロック図(AWR1843)

第 2944 世代の高性能レーダーチップとして、AWRXNUMX には調整とアップグレードの余地がたくさんあることがわかります。しかし、パラメータの機能は結局のところ表面的なものにすぎず、これらの調整やアップグレードの背後にある深いロジックを検討する必要があります。

Conti の次世代角度レーダーについては (業界 I 次世代角度レーダー - SRR600 より) で紹介しました。大きなFoV条件下で遠距離ターゲットを高精度に認識することは基本的な要件であり、レーダー測距性能、角度FoV、解像度、精度に新たな課題をもたらします。

前世代と比較して、944 には送信チャネルが XNUMX つ増えて、より高い角度分解能と精度が実現され、より複雑なアンテナ レイアウト設計に対するチップ レベルのサポートも提供されます。

通常、長距離センシングは主に、集束ビームよりも遠くを測定し、FoV を圧縮するアンテナ設計によって解決されます。 FoVが大きい条件では長距離測距を実現することは困難です。 944 つの方法は、複数のアンテナが同時に送信することです。たとえば、2.0 つのアンテナが同時に送信し、重畳されたワイド ビームにより、広い FoV の条件下でより遠くまで測定できます。しかし、同時送信の問題は、受信機が重畳されたビームを確実に分離することが難しいことです。 XNUMX は、まったく新しい DDM-MIMO チャネル分離方式 (詳細は後述) を採用しており、同時送信に基づいて信頼性の高いチャネル分離を実現し、大きな FoV 条件下で遠距離ターゲットの高精度認識を基本的に実現します。そして、これらのほとんどすべてはハードウェア アクセラレータによって実現されます (DSP によって介入される計算はほんの少量だけです)。そのため、TI は HWA を XNUMX にアップグレードしました。

同時に、チャネル数の増加とアルゴリズムの複雑さによって生じるメモリのオーバーヘッドのバランスをとるために、RAM 容量が増加します。 Ethernetインターフェースの追加は、レーダー出力点群などのデータ量増大の問題への対応も目的としている。

第 1642 世代チップの中で XNUMX は最初のもので、DSP はほぼすべての信号処理およびデータ処理タスクに使用される絶対的なコンピューティング コアです。 MCU は基本的に構成、制御、管理のみに使用されます。これが TI による ARM MCU の基本的な位置付けです。したがって、MSS と DSS の扱いはバランスが取れておらず、TI の正確な言葉は次のとおりです。ほとんどの使用例では、MSS は制御ドメインとして定義され、DSS が実際に DPC を実行します。

しかし、第2944世代の筆頭66ではDSPの地位が弱まり、時間と労力のかかる信号処理部分は基本的にHWAが行うことになった。実際、その気になれば、RSP 処理リンク全体が HWA によって実現されます。 TI も HWA をもっと活用してもらいたいと考え、DSP の仕様を下げました。 C360x の処理周波数はわずか 67MHz で、前世代の CXNUMXx よりもはるかに低くなります。また、ARMは構成や制御だけでなく、上位のデータ処理も強化されています。たとえば、追跡と分類は ARM によって処理することもできますが、ARM は DSP の処理タスクをさらに共有しますが、これが DSP 仕様の低下の原因です。

このような変更は混在していますが、それについては記事の最後で説明します。

2944 の調整とアップグレードは豊富であり、新しいレーダー体験をもたらしますが、DSP 仕様と受信側のシングルチャネルミキシング方式の ADC の数が削減されるため、2944 チップのコストはそれほど増加しません。

そしてソフトウェアデモのリファレンスデザイン。 TI は 2944 に適合した SDK とツールボックスを提供しています。

ツールボックスには、NCAP R2944 の機能要件を満たし、BSD、FCTA、LCA などをサポートする 79 リファレンス デザインが含まれています。デモでは、水平 FoV ± 80° を実現します。200m 未満の距離測定、9.5° の角度分解能を実現します。さらに興味深いのは、TI がリファレンス デザインの機能欄に次のような興味深い文を追加したことです。「ミリ波デバイスの機能に対する顧客の信頼を構築する」ミリ波レーダーはまだ比較的地味なようです。

AWR2944 EVM

EVM と DCA1000 を組み合わせると、生の ADC データの分析をサポートする生データ収集機能が提供されます。

デモボードアンテナのMIMOレイアウトの等価アレイは次のとおりです。

仮想アンテナアレイ

アンテナ周波数帯域は 76GHz ～ 81GHz をカバーし、ゲインは 13dBi、3dB、ビーム幅レベルは 3dB ± 30° ピッチ ± 3°、6dB ビーム幅レベル ± 45° ピッチ ± 5° です。

標高放射パターン

TI SDK 3.x 以降は、まったく新しい SW フレームワークが設計され、DPC、DPM、DPU などの概念が導入され、ソフトウェア アーキテクチャ全体が複雑になりますが、ロジックは明確であり、開発者はすぐに開発を開始できます。フレームワークはこの記事の焦点ではないため、ここでは繰り返しません。コア アップグレード DDM-MIMO について話しましょう。

FDM、TDM、CDM などの MIMO チャネル分離技術については (4D レーダーの MIMO チャネル分離) で説明しました。 TDMA とは異なり、FDMA は同時送信を実現でき、送信アンテナと周波数オフセット位置の間のマッピング関係を使用してチャネル分離方式を決定します。

このうち、FDM を簡単にまとめると次の図のようになります。

(a) 分離されるチャネル間の周波数オフセットがドップラー分解能の倍数である場合、それは DDMA です。

(b) 分離されるチャネル間の周波数オフセットがデチャープ後の信号帯域幅の倍数である場合、それは RDMA です。

(c) 分離されるチャネル間の周波数オフセットが最大ビート周波数の倍数である場合、それは BFD です。

(d) 分離するチャネル間の周波数オフセットがチャープ帯域幅の倍数である場合、それは FT-FDMA です。

MIMOチャネル分離

したがって、DDM は FDM のケースとして考えることができます。

レンジドップラーマップ(DDM)

TI は空帯域 DDMA を実装し、RangeProc DDMA DPU を提供し、ドップラー DDMA DPU は DDMA のコア モジュールを構成します。 TI の現在のハードウェアで実装されている DDMA 復調を簡単に確認しましたが、全体的な完成度はまだ問題ありません。 

DDMA原理

DDMA 変調から、DDM-MIMO には高レベルの移相器が必要であることがわかり、TI 移相器の精度も慎重な評価が必要です。

物体検出データパス処理チェーン

ただし、DDMA は簡単な解決策ではありません。 DDMA の潜在的な問題には以下が含まれますが、これらに限定されません。
位相校正 ピークエイリアシング アンバランスな振幅

2944デモテスト

まとめる

もう一歩進んで、TI 2944 のリリースが車両レーダー業界にどのような影響を与える可能性があるかを分析してみましょう。

レーダーの競争力を技術的な観点からのみ分析すると、最も重要なのはアンテナ、MMIC、アルゴリズムにあります。チップメーカーはMMICを提供し、レーダーメーカーはアンテナとアルゴリズムの利点により徐々に独自の障壁を確立しており、この状況はゆっくりと変化しているようです。

1. ミリ波レーダは「信号処理リンクの違い」から「データ処理リンクの違い」、つまり点群データの処理方法の違いに徐々に変わりつつあります。 TI HWA の使用を推奨し、多くの高度な信号処理アルゴリズムを強化し、ユーザーはニーズに応じてアクセスするだけで済みます。信号処理アルゴリズムは標準化されており、レーダーの下部標準が構築されています。DSP の処理周波数を下げ、ARM のコア周波数を高めることで、ユーザーが隠れて HWA の使用を強化できるようになるだけでなく、コストのバランスをとることにも役立ちます。 。 TI は次のようにも述べています。

ハードウェア アクセラレータ ブロック (HWA 2.0) は、FFT、一定誤報レート (CFAR)、スケーリング、圧縮などの一般的なレーダー処理をオフロードすることにより、DSS と MSS を補完します。これにより、DSS および MSS の MIPS が節約され、カスタム アプリケーションとより高いレベルのアルゴリズムのためのリソースが解放されます。

レーダーメーカーの戦場は、追跡、ターゲット分類、シーン理解、エッジAI、データフュージョンなどを含むデータ処理に徐々に変わりつつあります。

2. ミリ波レーダーの一番の魅力は信号処理だと常々思っています。このような動きは、間違いなく、ADC の生データ出力からレーダーメーカーが出力するレーダー点群データまでのすべての中間リンクの制御の弱体化につながります。 RSP 層の柔軟性が低い。これにより、レーダー技術の敷居がさらに下がり、元のレーダーメーカーのいくつかの技術的障壁が打ち破られます。チップサプライヤーがレーダーメーカーに与える影響力はますます大きくなり、チップメーカーのトップレベルでの「平等な権利」戦略により、レーダーメーカー間の製品格差がさらに縮小し、低価格帯市場への参入が必然となることがわかります。競争。

追従レーダーのアップグレードの方向性としては、信号処理部分はチップメーカーの影響で部分的に薄められつつもHWAによって強化され、最終的にはRSP部分が標準品になるのではないかと考えています。どのような申請が必要ですか?レジスタを設定するだけで、競争はますます上位のデータ処理に集中する可能性があります。最新のAIエンジンを統合することも可能です。ミリ波レーダーは、周波数帯を除けば、ある程度レーザーレーダーに近づいていくでしょう。