TI 2세대 레이더 칩 심층 분석

차량 탑재 레이더는 ADAS(Advanced Assisted Driving) 및 무인 운전의 핵심 센서 중 하나이며, 차량 탑재 레이더 칩은 차량 탑재 레이더의 핵심이다. 오늘날 고집적(MMIC+DSP/MCU) 차량 레벨 칩은 레이더의 소형화, 높은 신뢰성, 안정성 및 저렴한 비용을 위한 핵심 방법을 제공하며 그 중요성은 자명합니다.

최근 TI사는 차세대 차량 탑재 레이더 칩인 AWR2944를 공식 출시하고 함께 제공되는 SDK인 mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, 레퍼런스 디자인 툴박스인 MMWAVE_automotive_toolbox_3_5_0, 데모 레퍼런스 보드 AWR2944 EVM을 출시했습니다. . 그렇다면 이번 릴리스에서는 어떤 조정과 업그레이드가 이루어지며, TI사의 어떤 레이더 칩 제품 설계 아이디어가 대표되며, 차량 레이더 산업에 어떤 영향을 미칠 수 있을까요? 자세히 살펴보겠습니다.

AWR2944 TI는 고성능 XNUMX세대 차량 탑재 레이더 칩으로 정의되며 현재 프리뷰 단계에 있습니다. 즉, 정식으로 양산되지는 않지만 평가 가능한 칩 샘플이나 데모 보드를 제공할 수 있다는 것이다.

AWR2944

핵심 사항인 장치 개요부터 시작해 보겠습니다.

AWR2944는 여전히 45GHz의 최고 대역폭으로 76~81GHz 주파수 대역을 지원하는 전통적인 5nm RFCMOS 프로세스입니다. 동시에 이 칩은 지금까지 TI에서 단일 칩 트랜시버 안테나 수가 가장 많은 칩인 4Tx4Rx를 지원합니다.

이전 AWR1xxx 시리즈와 비교하여 위상 제어는 -96dBc/Hz[76~77GHz] 및 -95DBC/Hz[76~81GHz](위상 잡음 @ 1MHz)로 약간 향상되었습니다.

새로운 송신기 위상 시프터: DSS는 자체 DSP를 통합하지만 모델이 C674x에서 C66x로 변경되었습니다. MSS의 프로세서는 ARM R4F에서 ARM R5F로 업그레이드되고 하드웨어 가속기(HWA)는 2.0으로 업그레이드됩니다. 온칩 RAM이 4MB로 증가되었습니다.

HSM(하드웨어 보안 모듈)이 처음으로 통합되었습니다. HSM 자체는 주로 프로그래밍 가능한 ARM Cortex M4 코어로 구성됩니다. 또한 보안 인증 및 암호화 부팅 지원과 암호화 HWA가 부팅에 추가되어 레이더 하드웨어의 보안이 더욱 강화됩니다.

차량 탑재 통신 인터페이스 측면에서 두 개의 CAN 채널이 모두 CAN-FD로 조정되었으며 최초로 100Mbps RGM II/RMII/MII 이더넷이 지원됩니다.

ADC 샘플링 속도는 37.5Msps, 채널 수는 9개, UART는 4개로 증가하고 데이터 수집 및 재생을 위해 CSI2 Rx 인터페이스가 추가됩니다.

수신단 TI는 이전 세대에서 일반적으로 사용된 I/Q 직교 혼합 구조를 버리고 I 채널 혼합 구조를 채택합니다(아래 참조).

수신 하위 시스템(채널별)

하드웨어 아키텍처는 다음 그림에 나와 있습니다. AWR2944는 여전히 명확한 모듈 설계이며, 앞서 소개된 다양한 조정 및 업그레이드는 기본적으로 한 눈에 명확합니다. 귀하의 편의를 위해 AWR1843의 블록 다이어그램도 함께 넣었습니다.

기능 블록 다이어그램(AWR2944)

기능 블록 다이어그램(AWR1843)

2944세대 고성능 레이더 칩인 AWRXNUMX는 조정 및 업그레이드할 부분이 많다는 것을 알 수 있습니다. 하지만 매개변수의 기능은 결국 피상적인 것일 뿐이므로 이러한 조정과 업그레이드 뒤에 숨은 심층적인 논리를 살펴봐야 합니다.

(Industry I Next-Generation Angular Radar-from SRR600)에서 Conti의 차세대 각도 레이더를 소개했습니다. 큰 FoV 조건에서 장거리 표적에 대한 고정밀 인식을 실현하는 것은 기본 요구 사항이며, 이는 레이더 거리 측정 성능, 각도 FoV, 해상도 및 정확도에 새로운 과제를 제기합니다.

이전 세대와 비교하여 944는 더 높은 각도 분해능과 정확도를 달성하기 위해 하나 이상의 전송 채널을 통합하고 더 복잡한 안테나 레이아웃 설계를 위한 칩 수준 지원을 제공합니다.

일반적으로 장거리 감지는 초점이 맞춰진 빔보다 더 멀리 측정하고 FoV를 압축하는 안테나 설계를 통해 주로 해결됩니다. 큰 FoV 조건에서는 장거리 거리 측정이 어렵습니다. 한 가지 방법은 여러 안테나가 동시에 전송하는 것입니다. 예를 들어 944개의 안테나가 동시에 전송하고 중첩된 넓은 빔은 넓은 FoV 조건에서 더 멀리 측정할 수 있습니다. 그러나 동시 전송의 문제점은 수신기가 중첩된 빔을 안정적으로 분리하기 어렵다는 것입니다. 2.0는 동시 전송을 기반으로 안정적인 채널 분리를 실현하고 기본적으로 큰 FoV 조건에서 장거리 대상에 대한 고정밀 인식을 실현하는 새로운 DDM-MIMO 채널 분리 방식(아래 자세히 설명)을 채택합니다. 그리고 이 거의 모든 것이 하드웨어 가속기로 구현되므로(DSP가 약간의 계산만 개입함) TI는 HWA를 XNUMX으로 업그레이드했습니다.

동시에 채널 수 증가와 알고리즘 복잡성으로 인해 발생하는 메모리 오버헤드의 균형을 맞추기 위해 RAM 용량도 증가합니다. 이더넷 인터페이스를 추가하는 것은 레이더 출력 포인트 클라우드 등 데이터 양이 증가하는 문제도 해결하기 위한 것입니다.

1642세대 칩 중 XNUMX가 첫 번째로 DSP는 거의 모든 신호 처리 및 데이터 처리 작업에 사용되는 절대 컴퓨팅 코어이다. MCU는 기본적으로 TI의 ARM MCU 기본 포지셔닝인 구성, 제어 및 관리에만 사용됩니다. 따라서 MSS와 DSS의 처리는 균형이 맞지 않으며 TI의 정확한 단어는 다음과 같습니다. 대부분의 사용 사례에서 MSS는 제어 도메인으로 정의되는 반면 DSS는 실제로 DPC를 실행합니다.

하지만 2944세대인 66에서는 DSP의 위상이 약화되면서 시간과 노동집약적인 신호처리 부분을 기본적으로 HWA가 하게 됐다. 실제로 귀하가 원하는 한 전체 RSP 처리 링크는 HWA에 의해 실현됩니다. TI도 HWA를 더 많이 활용하길 바라서 DSP 사양을 낮췄다. C360x의 처리 주파수는 67MHz에 불과하며 이는 이전 세대 CXNUMXx보다 훨씬 낮습니다. 또한 구성 및 제어는 물론 상위 데이터 처리까지 ARM이 강화되었습니다. 예를 들어 추적 및 분류는 ARM에 의해 처리될 수도 있으며 이는 DSP 사양이 쇠퇴하는 이유인 DSP의 처리 작업을 더욱 공유합니다.

이런 종류의 변화는 혼합되어 있으며 기사 마지막 부분에서 이에 대해 이야기하겠습니다.

2944의 조정 및 업그레이드가 풍부하여 새로운 레이더 경험을 제공하지만 수신단의 단일 채널 믹싱 방식에서 DSP 사양 및 ADC 수의 감소로 인해 2944 칩의 비용은 크게 증가하지 않습니다.

그리고 소프트웨어 데모 참조 디자인. TI는 2944에 맞춰진 SDK와 Toolbox를 제공합니다.

Toolbox에는 NCAP R2944의 기능 요구 사항을 충족하고 BSD, FCTA, LCA 등을 지원하는 79 참조 디자인이 포함되어 있습니다. 데모는 80m 미만의 수평 FoV ± 200° 거리 측정, 9.5°의 각도 분해능을 실현합니다. 더 흥미롭게도 TI는 레퍼런스 디자인의 기능 열에 다음과 같은 흥미로운 문장을 추가했습니다. mm 파동 장치 기능에 대한 고객의 신뢰를 구축합니다. 밀리미터파 레이더는 아직 상대적으로 미흡한 수준인 것 같습니다.

AWR2944 EVM

EVM과 DCA1000의 조합은 원시 ADC 데이터 분석을 지원하는 원시 데이터 수집 기능을 제공합니다.

데모 보드 안테나의 MIMO 레이아웃과 동일한 배열은 다음과 같습니다.

가상 안테나 어레이

안테나 주파수 대역은 76GHz~81GHz를 포괄하며 이득은 13dBi, 3dB, 빔 폭 레벨은 3dB ± 30° 피치 ± 3°, 6dB 빔 폭 레벨 ± 45° 피치 ± 5°입니다.

고도 방사 패턴

TI SDK 3.x 이후에는 새로운 SW 프레임워크가 설계되고 DPC, DPM, DPU와 같은 개념이 도입되어 전체 소프트웨어 아키텍처가 복잡해졌지만 논리는 명확해 개발자가 신속하게 개발을 시작할 수 있습니다. 프레임워크는 이 기사의 초점이 아니므로 여기서는 반복하지 않겠습니다. 핵심 업그레이드 DDM-MIMO에 대해 이야기해 보겠습니다.

(4D 레이더의 MIMO 채널 분리)에서 FDM, TDM, CDM 등의 MIMO 채널 분리 기술에 대해 논의한 적이 있습니다. FDMA는 TDMA와 달리 동시 전송을 구현할 수 있으며, 송신기 안테나와 주파수 오프셋 위치 간의 매핑 관계를 이용하여 채널 분리 방식을 결정할 수 있습니다.

그 중 FDM은 다음 그림으로 간단히 요약할 수 있다.

(a) 분리하려는 채널 간의 주파수 오프셋이 도플러 분해능의 배수이면 DDMA이고,

(b) 분리할 채널 간의 주파수 오프셋이 디처프 후 신호 대역폭의 배수인 경우 RDMA입니다.

(c) 분리할 채널 간의 주파수 오프셋이 최대 비트 주파수의 배수인 경우 BFD입니다.

(d) 분리하려는 채널 간의 주파수 오프셋이 처프 대역폭의 배수이면 FT-FDMA이다.

MIMO 채널 분리

따라서 DDM은 FDM의 경우로 간주될 수 있습니다.

레인지-도플러 맵(DDM)

TI는 빈 대역 DDMA를 구현하고 RangeProc DDMA DPU를 제공하며 도플러 DDMA DPU는 DDMA의 핵심 모듈을 구성합니다. TI의 현재 하드웨어로 구현된 DDMA 복조를 간략하게 살펴보았는데, 전체적인 완성도는 여전히 양호합니다. 

DDMA 원리

DDMA 변조를 보면 DDM-MIMO에는 높은 수준의 위상 변환기가 필요하며 TI 위상 변환기의 정밀도에도 신중한 평가가 필요하다는 것을 알 수 있습니다.

객체 감지 데이터 경로 처리 체인

그러나 DDMA는 쉬운 솔루션이 아닙니다. DDMA의 잠재적인 문제는 다음을 포함하지만 이에 국한되지는 않습니다.
위상 교정 피크 앨리어싱 불균형 진폭

2944데모 테스트

요약

한 단계 더 나아가 TI 2944의 출시가 차량 레이더 산업에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 분석해 보겠습니다.

레이더의 경쟁력을 기술적 관점에서만 분석한다면 가장 중요한 것은 안테나와 MMIC, 알고리즘에 있다. 칩 제조사에서는 MMIC를 제공하고, 레이더 제조사에서는 안테나와 알고리즘의 장점으로 인해 점차 자체적인 장벽을 구축하는데 이 상태는 서서히 변해가는 것 같습니다.

1. 밀리미터파 레이더는 '신호 처리 링크의 차이'에서 '데이터 처리 링크의 차이', 즉 포인트 클라우드 데이터 처리 방법의 차이로 점차 변화하고 있습니다. TI HWA의 사용을 옹호하고 많은 고급 신호 처리 알고리즘을 강화하며 사용자는 필요에 따라 액세스하기만 하면 됩니다. 신호 처리 알고리즘이 표준화되고 레이더 하단 표준이 구축됩니다. DSP의 처리 주파수를 줄이고 ARM의 코어 주파수를 높이는 것은 사용자가 위장된 HWA 사용을 강화하도록 안내할 뿐만 아니라 비용 균형에도 도움이 됩니다. . TI는 또한 다음과 같이 말했습니다.

하드웨어 가속기 블록(HWA 2.0)은 FFT, CFAR(Constant False Alarm rate), 스케일링 및 압축과 같은 일반적인 레이더 처리를 오프로드하여 DSS 및 MSS를 보완합니다. 이렇게 하면 DSS 및 MSS의 MIPS가 절약되어 사용자 정의 애플리케이션 및 더 높은 수준의 알고리즘을 위한 리소스가 열립니다.

레이더 제조업체의 전장은 추적, 표적 분류, 장면 이해, 엣지 AI, 데이터 융합 등을 포함한 데이터 처리로 점차 변화하고 있습니다.

2. 저는 항상 신호 처리가 밀리미터파 레이더의 가장 매력적인 부분이라고 생각합니다. 이러한 움직임은 의심할 여지 없이 ADC 원시 데이터 출력에서 레이더 제조업체의 레이더 포인트 클라우드 데이터 출력까지 모든 중간 링크에 대한 제어가 약화될 것입니다. RSP 계층의 유연성이 낮습니다. 이는 레이더 기술의 한계점을 더욱 낮추고 원래 레이더 제조업체의 일부 기술 장벽을 무너뜨릴 것입니다. 칩 공급업체는 레이더 제조업체에 점점 더 큰 영향력을 갖게 될 것이며, 칩 제조업체 최고 수준의 '동등한 권리' 전략은 레이더 제조업체 간의 제품 차이를 더욱 줄여 저가형 제품으로 진입할 수 있음을 알 수 있습니다. 경쟁.

후속 레이더의 업그레이드 방향에 관해서는 신호 처리 부분이 칩 제조사의 영향으로 부분적으로 희석되고 여전히 HWA에서 강화될 것이며 RSP 부분은 결국 표준 제품이 될 수 있다고 생각합니다. 어떤 종류의 신청서가 필요합니까? 레지스터만 구성하면 상위 데이터 처리에 경쟁이 점점 더 집중될 수 있습니다. 새로운 AI 엔진을 통합하는 것도 가능합니다. 밀리미터파 레이더는 주파수 대역을 제외하면 어느 정도 레이저 레이더와 비슷해질 것입니다.