Op een voertuig gemonteerde radar is een van de kernsensoren van Advanced Assisted Driving (ADAS) en onbemand rijden, en de op een voertuig gemonteerde radarchip is de kern van op een voertuig gemonteerde radar. Tegenwoordig biedt de sterk geïntegreerde (MMIC+DSP/MCU) chip op voertuigniveau een belangrijke manier voor miniaturisatie, hoge betrouwbaarheid, stabiliteit en lage radarkosten, en het belang ervan is vanzelfsprekend.

Onlangs heeft TI Company officieel de volgende generatie op voertuigen gemonteerde radarchip gelanceerd, AWR2944, en de bijbehorende SDK uitgebracht, mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, de referentieontwerptoolbox, MMWAVE _ automotive _ toolbox _ 3 _ 5 _ 0, en het demo-referentiebord AWR2944 EVM . Dus welke aanpassingen en upgrades brengt deze release met zich mee, welke radarchipproductontwerpideeën van TI Company vertegenwoordigen, en welke impact dit kan hebben op de voertuigradarindustrie? Laten we een diepe duik nemen.

AWR2944 TI wordt gedefinieerd als de tweede generatie op een voertuig gemonteerde radarchip met hoge prestaties, die zich momenteel in de Preview-fase bevindt. Dat wil zeggen dat er chipmonsters of demoborden kunnen worden geleverd die kunnen worden geëvalueerd en die niet officieel in massa worden geproduceerd.

AWR2944

Laten we beginnen met een belangrijk punt: Apparaatoverzicht

AWR2944 is nog steeds het voorouderlijke 45nm RFCMOS-proces, dat de 76-81GHz-frequentieband ondersteunt met de hoogste bandbreedte van 5GHz. Tegelijkertijd ondersteunt de chip 4Tx4Rx, de chip met het grootste aantal single-chip transceiverantennes in TI tot nu toe;

Vergeleken met de vorige AWR1xxx-serie is de fasecontrole enigszins verbeterd tot -96 dBc/Hz [76 tot 77 GHz] en -95 DBC/Hz [76 tot 81 GHz] (faseruis @ 1 MHz);

Nieuwe zenderfaseverschuiver: DSS integreert zijn eigen DSP, maar het model is gewijzigd van C674x naar C66x. De processor in MSS is geüpgraded van ARM R4F naar ARM R5F, en de hardwareversneller (HWA) is geüpgraded naar 2.0; Het RAM-geheugen op de chip is vergroot tot 4 MB.

Hardware Security Module (HSM) is voor het eerst geïntegreerd. HSM zelf bestaat voornamelijk uit een programmeerbare ARM Cortex M4-kern. Bovendien zijn veilige, geauthenticeerde en gecodeerde opstartondersteuning en gecodeerde HWA toegevoegd om de beveiliging van radarhardware verder te versterken.

Wat de op een voertuig gemonteerde communicatie-interface betreft, zijn alle twee CAN-kanalen aangepast aan CAN-FD, en wordt voor het eerst 100 Mbps RGM II/RMII/MII Ethernet ondersteund;

De ADC-samplingsnelheid is 37.5 Msps, het aantal kanalen is verhoogd naar 9, de UART is verhoogd naar 4 en er is een CSI2 Rx-interface toegevoegd voor het verzamelen en afspelen van gegevens.

De ontvangende TI verlaat de orthogonale I/Q-mengstructuur die gewoonlijk in de vorige generatie werd gebruikt, en neemt de I-kanaalmengstructuur over (zoals hieronder weergegeven);

Ontvangstsubsysteem (per kanaal)

De hardwarearchitectuur wordt weergegeven in de volgende afbeelding. AWR2944 is nog steeds een duidelijk moduleontwerp en de verschillende eerder geïntroduceerde aanpassingen en upgrades zijn in principe in één oogopslag duidelijk. Ik heb voor uw gemak ook het blokschema van AWR1843 geplaatst.

Functioneel blokdiagram (AWR2944)

Functioneel blokdiagram (AWR1843)

Het is duidelijk dat de AWR2944, als de krachtige radarchip van de tweede generatie, veel plaatsen heeft om aan te passen en te upgraden. Maar de functie van parameters is uiteindelijk slechts oppervlakkig en we moeten kijken naar de diepe logica achter deze aanpassingen en upgrades.

Ik introduceerde Conti's hoekradar van de volgende generatie in (Industrie I Next-Generation Angular Radar - van SRR600). Het is een basisvereiste om zeer nauwkeurige waarneming van langeafstandsdoelen te realiseren onder de omstandigheden van een groot gezichtsveld, wat nieuwe uitdagingen met zich meebrengt voor de radarbereikprestaties, het hoekzichtveld, de resolutie en de nauwkeurigheid.

Vergeleken met de vorige generatie integreert de 944 nog een transmissiekanaal om een hogere hoekresolutie en nauwkeurigheid te bereiken, en biedt hij ook ondersteuning op chipniveau voor complexere ontwerpen van de antenne-indeling.

Meestal wordt detectie over lange afstanden voornamelijk opgelost door een antenneontwerp, dat verder meet dan de gefocusseerde straal en het gezichtsveld comprimeert. Het is moeilijk om lange afstanden te bereiken onder de omstandigheden van een groot FoV. Eén manier is dat meerdere antennes tegelijkertijd zenden, bijvoorbeeld vier antennes zenden tegelijkertijd uit, en de gesuperponeerde brede bundel kan verder meten onder de voorwaarde van breed gezichtsveld. Het probleem van gelijktijdige transmissie is echter dat het voor de ontvanger moeilijk is om de op elkaar geplaatste bundels op betrouwbare wijze te scheiden. 944 maakt gebruik van een gloednieuw DDM-MIMO-kanaalscheidingsschema (hieronder gedetailleerd), dat betrouwbare kanaalscheiding realiseert op basis van gelijktijdige transmissie, en in feite een zeer nauwkeurige perceptie van langeafstandsdoelen realiseert onder de voorwaarde van grote FoV. En bijna dit alles wordt gerealiseerd door een hardwareversneller (slechts een klein deel van de berekeningen wordt uitgevoerd door DSP), dus heeft TI HWA geüpgraded naar 2.0.

Tegelijkertijd wordt de RAM-capaciteit vergroot om de geheugenoverhead te compenseren die wordt veroorzaakt door de toename van het kanaalnummer en de complexiteit van het algoritme. De toevoeging van een Ethernet-interface is ook bedoeld om het probleem van het toenemende datavolume, zoals de puntenwolk van radaruitvoer, aan te pakken.

Van de chips van de eerste generatie is 1642 de eerste, en DSP is de absolute rekenkern, die wordt gebruikt voor bijna alle signaalverwerkings- en gegevensverwerkingstaken. MCU wordt in principe alleen gebruikt voor configuratie, besturing en beheer, wat de basispositionering is van ARM MCU door TI. Daarom is de behandeling van MSS en DSS niet in evenwicht, en de exacte woorden van TI zijn: In de meeste gebruiksgevallen wordt de MSS gedefinieerd als een controledomein, terwijl de DSS feitelijk de DPC uitvoert.

In de tweede generatie, de leidende 2944, was de status van DSP echter verzwakt en werd het tijdrovende en arbeidsintensieve signaalverwerkingsgedeelte feitelijk door HWA gedaan. In feite wordt, zolang u dat wilt, de hele RSP-verwerkingslink door HWA gerealiseerd. TI hoopt ook dat je HWA meer kunt gebruiken, dus heeft het de specificatie van DSP verlaagd. De verwerkingsfrequentie van de C66x bedraagt slechts 360 MHz, wat veel lager is dan die van de vorige generatie C67x. Bovendien is ARM versterkt, niet alleen voor configuratie en controle, maar ook voor de verwerking van hogere gegevens. Tracking en classificatie kunnen bijvoorbeeld ook worden verwerkt door ARM, dat de verwerkingstaken van DSP verder deelt, wat de reden is voor de achteruitgang van DSP-specificaties.

Dit soort veranderingen zijn gemengd en we zullen er aan het einde van dit artikel over praten.

Hoewel de aanpassingen en upgrades van de 2944 rijk zijn, wat een nieuwe radarervaring met zich meebrengt, zullen de kosten van de 2944-chip niet veel stijgen als gevolg van de vermindering van de DSP-specificaties en het aantal ADC's in het enkelkanaals mengschema aan de ontvangende kant.

En softwaredemo-referentieontwerp. TI biedt SDK en Toolbox aangepast aan 2944.

Toolbox bevat een 2944-referentieontwerp dat voldoet aan de functionele vereisten van NCAP R79 en ondersteunt BSD, FCTA, LCA, enz. Demo realiseert horizontale FoV ± 80° Afstandsmeting onder 200 m, hoekresolutie van 9.5°. Interessanter is dat TI zo'n interessante zin heeft toegevoegd in de functiekolom van referentieontwerp: Bouwt het vertrouwen van klanten op over de mogelijkheden van mm-wave-apparaten. Het lijkt erop dat millimetergolfradar nog steeds relatief bescheiden is.

AWR2944 EVM

De combinatie van EVM en DCA1000 biedt de mogelijkheid om ruwe data te verzamelen ter ondersteuning van de analyse van ruwe ADC-data.

Equivalente array van MIMO-indeling van de antenne van het demobord is

Virtuele antenne-array

De antennefrequentieband bestrijkt 76GHz tot 81GHz, met een versterking van 13dBi, 3dB en een straalbreedteniveau van 3 dB ± 30° pitch ± 3° 6dB bundelbreedteniveau ± 45° pitch ± 5°.

Hoogtestralingspatroon

Na TI SDK 3.x wordt een gloednieuw SW Framework ontworpen en worden concepten als DPC, DPM en DPU geïntroduceerd, wat de hele softwarearchitectuur complex maakt, maar de logica duidelijk is en ontwikkelaars snel kunnen beginnen met de ontwikkeling ervan. Framework is niet de focus van dit artikel, dus ik zal het hier niet herhalen. Laten we het hebben over de kernupgrade DDM-MIMO.

Ik heb MIMO-kanaalscheidingstechnologieën zoals FDM, TDM en CDM besproken in (MIMO-kanaalscheiding van 4D-radar). Anders dan TDMA kan FDMA gelijktijdige transmissie realiseren en het kanaalscheidingsschema bepalen door gebruik te maken van de mapping-relatie tussen de zenderantenne en de frequentie-offsetpositie.

Onder hen kan FDM eenvoudig worden samengevat in de volgende figuur.

(a) Als de frequentieverschuiving tussen de te scheiden kanalen een veelvoud is van de Doppler-resolutie, is dit DDMA;

(b) Als de frequentie-offset tussen de te scheiden kanalen een veelvoud is van de signaalbandbreedte na dechirp, is dit RDMA;

(c) Als de frequentieverschuiving tussen de te scheiden kanalen een veelvoud is van de maximale zwevingsfrequentie, is deze BFD;

(d) Als de frequentieverschuiving tussen de te scheiden kanalen een veelvoud is van de chirp-bandbreedte, is dit FT-FDMA.

MIMO-kanaalscheiding

Daarom kan DDM worden beschouwd als een geval van FDM.

Range-Doppler-kaart (DDM)

TI implementeert de lege band DDMA, biedt RangeProc DDMA DPU, en Doppler DDMA DPU vormt de kernmodule van DDMA. Ik kijk even naar de DDMA-demodulatie, geïmplementeerd door de huidige hardware van TI, en de algehele voltooiing is nog steeds in orde. 

DDMA-principe

Uit DDMA-modulatie blijkt dat DDM-MIMO een hoog niveau van faseverschuiver vereist, en dat de precisie van TI-faseverschuiver ook zorgvuldige evaluatie vereist.

Objectdetectie Gegevenspadverwerkingsketen

DDMA is echter geen gemakkelijke oplossing. De potentiële problemen van DDMA omvatten, maar zijn niet beperkt tot,
Fasekalibratie Piekaliasing Ongebalanceerde amplitude

2944demotest

Samenvatten

Laten we nog een stap verder gaan en analyseren welke impact de release van TI 2944 kan hebben op de voertuigradarindustrie.

Als we het concurrentievermogen van radar alleen vanuit technisch oogpunt analyseren, ligt het belangrijkste in de antenne, MMIC en het algoritme. Chipfabrikanten leveren MMIC, en radarfabrikanten werpen geleidelijk hun eigen barrières op vanwege de voordelen van antenne en algoritme, en deze situatie lijkt langzaam te veranderen.

1. Millimetergolfradar verandert geleidelijk van "verschil in signaalverwerkingslinks" naar "verschil in dataverwerkingslinks", dat wil zeggen verschil in methoden voor puntenwolkgegevensverwerking. Het pleit voor het gebruik van TI HWA, versterkt veel geavanceerde signaalverwerkingsalgoritmen en gebruikers hoeven er alleen toegang toe te hebben op basis van hun behoeften. De signaalverwerkingsalgoritmen worden gestandaardiseerd en de onderste radarstandaard wordt geconstrueerd. Het verlagen van de verwerkingsfrequentie van DSP en het verhogen van de kernfrequentie van ARM kan gebruikers niet alleen helpen het vermomde gebruik van HWA te versterken, maar ook helpen de kosten in evenwicht te brengen . TI zei ook:

Het Hardware Accelerator-blok (HWA 2.0) vormt een aanvulling op de DSS en MSS door algemene radarverwerking zoals FFT, Constant False Alarm Rate (CFAR), schaling en compressie te ontlasten. Dit bespaart MIPS op de DSS en MSS, waardoor bronnen vrijkomen voor aangepaste applicaties en algoritmen op een hoger niveau.

Het slagveld van radarfabrikanten verandert geleidelijk aan naar gegevensverwerking, waaronder tracking, doelclassificatie, begrip van scènes, edge-AI, datafusie enzovoort.

2. Ik denk altijd dat signaalverwerking het meest fascinerende onderdeel van millimetergolfradar is. Een dergelijke stap zal ongetwijfeld leiden tot een zwakkere controle van alle tussenverbindingen, van de uitvoer van ruwe ADC-gegevens tot de uitvoer van radarpuntenwolkgegevens door radarfabrikanten. Lagere flexibiliteit van de RSP-laag. Het zal de drempel van radartechnologie verder verlagen en een aantal technische barrières van de oorspronkelijke radarfabrikanten doorbreken. Het is duidelijk dat de chipleveranciers een steeds grotere invloed zullen hebben op radarfabrikanten, en de strategie van "gelijke rechten" op het hoogste niveau van chipfabrikanten zal de productverschillen tussen radarfabrikanten verder verkleinen, wat onvermijdelijk zal leiden tot lage prijzen. concurrentie.

Wat de upgraderichting van de vervolgradar betreft, denk ik dat het signaalverwerkingsgedeelte gedeeltelijk zal worden verdund onder invloed van chipfabrikanten, en nog steeds zal worden versterkt door HWA, en dat het RSP-gedeelte uiteindelijk een standaardproduct kan zijn. Wat voor soort applicatie heeft u nodig? Configureer gewoon de registers en de concurrentie kan zich steeds meer concentreren op de hogere gegevensverwerking. Ook is het mogelijk om de gloednieuwe AI Engine te integreren. Tot op zekere hoogte zal millimetergolfradar steeds meer op laserradar lijken, behalve op de frequentieband.