Araca monteli radar, Gelişmiş Destekli Sürüş (ADAS) ve insansız sürüşün temel sensörlerinden biridir ve araca monteli radar çipi, araca monteli radarın çekirdeğidir. Günümüzde, son derece entegre (MMIC+DSP/MCU) araç seviyesi çip, radarın minyatürleştirilmesi, yüksek güvenilirliği, kararlılığı ve düşük maliyeti için önemli bir yol sağlar ve bunun önemi açıktır.

Son zamanlarda, TI Şirketi yeni nesil araca monteli radar çipi AWR2944'ü resmi olarak piyasaya sürdü ve beraberindeki SDK'yı, mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, referans tasarım araç kutusunu, MMWAVE _ otomotiv _ araç kutusunu _ 3 _ 5 _ 0 ve demo referans kartı AWR2944 EVM'yi piyasaya sürdü. . Peki bu sürüm hangi ayarlamaları ve yükseltmeleri getiriyor, TI Şirketinin hangi radar çipi ürün tasarım fikirlerini temsil ediyor ve bunun araç radar endüstrisi üzerinde ne gibi etkileri olabilir? Hadi derin bir dalış yapalım.

AWR2944 TI, şu anda Önizleme aşamasında olan, yüksek performanslı ikinci nesil araca monteli radar çipi olarak tanımlanıyor. Yani resmi olarak seri üretime girmeyen, değerlendirilebilecek çip örnekleri ya da demo boardlar sunulabiliyor.

AWR2944

Önemli bir noktayla başlayalım: Cihaza Genel Bakış

AWR2944 hala en yüksek 45GHz bant genişliğine sahip 76-81GHz frekans bandını destekleyen atalardan kalma 5nm RFCMOS işlemidir. Çip aynı zamanda TI'da şu ana kadar en fazla sayıda tek çipli alıcı-verici antenine sahip olan çip olan 4Tx4Rx'i de destekliyor;

Önceki AWR1xxx serisiyle karşılaştırıldığında faz kontrolü -96 dBc/Hz'e [76 ila 77 GHz] ve -95 DBC/Hz'e [76 ila 81 GHz] (faz gürültüsü @ 1 MHz) kadar biraz geliştirildi;

Yeni verici faz kaydırıcı:DSS kendi DSP'sini entegre eder ancak modeli C674x'ten C66x'e değiştirildi. MSS'deki işlemci ARM R4F'ten ARM R5F'ye yükseltildi ve donanım hızlandırıcı (HWA) 2.0'a yükseltildi; Çip üzerindeki RAM 4 MB'a çıkarıldı.

Donanım Güvenlik Modülü (HSM) ilk kez entegre edildi. HSM'nin kendisi esas olarak programlanabilir bir ARM Cortex M4 çekirdeğinden oluşur. Ayrıca, radar donanımının güvenliğini daha da güçlendirmek için önyüklemeye güvenli kimlik doğrulamalı ve şifreli önyükleme desteği ve şifreli HWA eklenir.

Araca monteli iletişim arayüzü açısından, iki CAN kanalının tümü CAN-FD'ye ayarlanmıştır ve ilk kez 100 Mbps RGM II/RMII/MII Ethernet desteklenmektedir;

ADC örnekleme hızı 37.5Msps olup, kanal sayısı 9'a çıkarılmış, UART 4'e çıkarılmış, veri toplama ve oynatma için CSI2 Rx arayüzü eklenmiştir.

Alıcı uç TI, önceki nesilde yaygın olarak kullanılan I/Q ortogonal karıştırma yapısını terk eder ve I-kanal karıştırma yapısını (aşağıda gösterildiği gibi) benimser;

Alma Alt Sistemi (Kanal Başına)

Donanım mimarisi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. AWR2944 hala net bir modül tasarımıdır ve daha önce tanıtılan çeşitli ayarlamalar ve yükseltmeler temel olarak bir bakışta açıktır. Size kolaylık sağlamak için AWR1843'ün blok şemasını da koydum.

Fonksiyonel Blok Şeması(AWR2944)

Fonksiyonel Blok Şeması(AWR1843)

AWR2944'ün ikinci nesil yüksek performanslı radar çipi olarak ayarlanması ve yükseltilmesi gereken birçok yeri olduğu görülmektedir. Ancak parametrelerin işlevi sonuçta yalnızca yüzeyseldir ve bu ayarlamaların ve yükseltmelerin ardındaki derin mantığa bakmamız gerekir.

Conti'nin yeni nesil açısal radarını (Endüstri I Yeni Nesil Açısal Radar-SRR600'den) tanıtmıştım. Radar mesafe performansı, açısal FoV, çözünürlük ve doğruluk açısından yeni zorluklar ortaya çıkaran geniş FoV koşulu altında uzun mesafeli hedeflerin yüksek hassasiyetli algılanmasını gerçekleştirmek temel bir gerekliliktir.

Önceki nesille karşılaştırıldığında 944, daha yüksek açısal çözünürlük ve doğruluk elde etmek için bir iletim kanalını daha entegre ediyor ve ayrıca daha karmaşık anten düzeni tasarımları için çip düzeyinde destek sağlıyor.

Genellikle uzun mesafe algılama, odaklanan ışından daha uzağı ölçen ve FoV'yi sıkıştıran anten tasarımıyla çözülür. Geniş FoV koşullarında uzun mesafe menzil elde etmek zordur. Bunun bir yolu, birden fazla antenin aynı anda iletim yapması, örneğin dört antenin aynı anda iletim yapması ve üst üste gelen geniş ışının, geniş FoV koşulu altında daha uzak ölçüm yapabilmesidir. Ancak eşzamanlı iletimin sorunu, alıcının üst üste gelen ışınları güvenilir bir şekilde ayırmasının zor olmasıdır. 944, eşzamanlı iletim temelinde güvenilir kanal ayırmayı gerçekleştiren ve temel olarak geniş görüş açısı koşulları altında uzun mesafeli hedeflerin yüksek hassasiyetli algılanmasını sağlayan yepyeni bir DDM-MIMO kanal ayırma şemasını (aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır) benimser. Ve bunların neredeyse tamamı donanım hızlandırıcı tarafından gerçekleştiriliyor (DSP hesaplamaların yalnızca küçük bir kısmına müdahale ediyor), bu nedenle TI HWA'yı 2.0'a yükseltti.

Aynı zamanda, kanal numarasının ve algoritma karmaşıklığının artmasının neden olduğu bellek yükünü dengelemek için RAM kapasitesi artırılır. Ethernet arayüzünün eklenmesi, radar çıkış noktası bulutu gibi artan veri hacmi sorununu da çözecektir.

Birinci nesil yongalar arasında 1642 ilk sırada yer alıyor ve DSP, neredeyse tüm sinyal işleme ve veri işleme görevlerinde kullanılan mutlak bilgi işlem çekirdeğidir. MCU temel olarak yalnızca ARM MCU'nun TI tarafından temel konumlandırılması olan konfigürasyon, kontrol ve yönetim için kullanılır. Bu nedenle, MSS ve DSS'nin ele alınması dengeli değildir ve TI'nin tam kelimeleri şöyledir: Çoğu kullanım durumunda, MSS bir kontrol alanı olarak tanımlanırken, DSS aslında DPC'yi yürütür.

Ancak ikinci nesil olan lider 2944'te DSP'nin durumu zayıfladı ve zaman alıcı ve emek yoğun sinyal işleme kısmı temelde HWA tarafından yapıldı. Hatta siz istekli olduğunuz sürece RSP işleme bağlantısının tamamı HWA tarafından gerçekleştirilir. TI ayrıca HWA'yı daha fazla kullanabileceğinizi umuyor, bu nedenle DSP'nin özelliklerini düşürdü. C66x'in işlem frekansı yalnızca 360 MHz'dir ve bu, önceki nesil C67x'inkinden çok daha düşüktür. Üstelik ARM, yalnızca konfigürasyon ve kontrol açısından değil aynı zamanda üst düzey veri işleme açısından da güçlendirildi. Örneğin izleme ve sınıflandırma, DSP'nin işleme görevlerini daha da paylaşan ARM tarafından da işlenebilir, bu da DSP spesifikasyonlarının azalmasının nedenidir.

Bu tür bir değişim karışıktır ve bundan yazının sonunda bahsedeceğiz.

Her ne kadar 2944'ün ayarlama ve yükseltmeleri zengin olsa da, bu da yeni bir radar deneyimi getiriyor, alıcı uçta tek kanallı karıştırma şemasındaki DSP spesifikasyonlarının ve ADC sayısının azaltılması nedeniyle 2944 çipinin maliyeti çok fazla artmayacaktır.

Ve yazılım demo referans tasarımı. TI, 2944'e uyarlanmış SDK ve Araç Kutusu sağlar.

Araç kutusu, NCAP R2944'un işlevsel gereksinimlerini karşılayan ve BSD, FCTA, LCA, vb.'yi destekleyen 79 referans tasarımı içerir. Demo, 80 m'nin altında yatay FoV ± 200° Mesafe ölçümü, 9.5° açısal çözünürlük gerçekleştirir. Daha da ilginci, TI referans tasarımının özellik sütununa şu ilginç cümleyi ekledi: Müşterinin mm dalga cihazı yeteneklerine olan güvenini artırır. Milimetre dalga radarının hala nispeten mütevazı olduğu görülüyor.

AWR2944EVM

EVM ve DCA1000'in birleşimi, ham ADC verilerinin analizini desteklemek için ham veri toplama yeteneği sağlar.

Demo kartı anteninin MIMO düzeninin eşdeğer dizisi

Sanal Anten Dizisi

Anten frekans bandı, 76dBi kazançla 81GHz ila 13GHz'i kapsar, 3dB, ışın genişliği seviyesi 3 dB ± 30° eğim ± 3° 6dB ışın genişliği seviyesi ± 45° eğim ± 5°.

Yükseklik Radyasyon Modeli

TI SDK 3.x'ten sonra yepyeni bir SW Framework tasarlanıp DPC, DPM ve DPU gibi kavramlar tanıtılıyor, bu da tüm yazılım mimarisini karmaşık hale getiriyor ancak mantığı net ve geliştiriciler hızla geliştirmeye başlayabiliyor. Çerçeve bu makalenin odak noktası değil, bu yüzden burada tekrarlamayacağım. DDM-MIMO'nun temel yükseltmesi hakkında konuşalım.

FDM, TDM ve CDM gibi MIMO kanal ayırma teknolojilerini (4D radarın MIMO kanal ayırma) bölümünde ele aldım. TDMA'dan farklı olarak FDMA, eşzamanlı iletimi gerçekleştirebilir ve verici anten ile frekans ofset konumu arasındaki eşleme ilişkisini kullanarak kanal ayırma şemasını belirleyebilir.

Bunlar arasında FDM aşağıdaki şekil ile basitçe özetlenebilir.

(a) Ayrılacak kanallar arasındaki frekans kayması Doppler çözünürlüğünün katı ise DDMA'dır;

(b) Ayrılacak kanallar arasındaki frekans kayması, dechirp'ten sonraki sinyal bant genişliğinin katı ise RDMA'dır;

(c) Ayrılacak kanallar arasındaki frekans kayması maksimum vuruş frekansının katı ise BFD'dir;

(d) Ayrılacak kanallar arasındaki frekans kayması chirp bant genişliğinin katı ise FT-FDMA'dır.

MIMO kanal ayrımı

Bu nedenle DDM, FDM'nin bir durumu olarak düşünülebilir.

Menzil-Doppler haritası (DDM)

TI, boş bant DDMA'yı uygular, RangeProc DDMA DPU'yu sağlar ve Doppler DDMA DPU, DDMA'nın çekirdek modülünü oluşturur. TI'nin mevcut donanımı tarafından uygulanan DDMA Demodülasyonuna kısa bir göz attım ve genel tamamlama hala tamam. 

DDMA ilkesi

DDMA modülasyonundan DDM-MIMO'nun yüksek düzeyde faz kaydırıcı gerektirdiği ve TI faz kaydırıcının hassasiyetinin de dikkatli bir değerlendirme gerektirdiği görülebilir.

Nesne Algılama Veri Yolu İşleme Zinciri

Ancak DDMA kolay bir çözüm değildir. DDMA'nın potansiyel sorunları aşağıdakileri içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir:
Faz kalibrasyonu Tepe yumuşatma Dengesiz genlik

2944demo Testi

Özetlemek

Bir adım daha atalım ve TI 2944'ün piyasaya sürülmesinin araç radar endüstrisi üzerinde ne gibi etkileri olabileceğini analiz edelim.

Radarın rekabet gücünü sadece teknik açıdan analiz edersek, en önemli şey anten, MMIC ve algoritmadır. Çip üreticileri MMIC sağlıyor, radar üreticileri de anten ve algoritma avantajlarından dolayı yavaş yavaş kendi bariyerlerini oluşturuyor ve bu durum yavaş yavaş değişecek gibi görünüyor.

1. Milimetre dalga radarı yavaş yavaş "sinyal işleme bağlantılarının farklılığından" "veri işleme bağlantılarının farklılığına", yani nokta bulutu veri işleme yöntemlerinin farklılığına doğru değişmektedir. TI HWA'nın kullanımını savunur, birçok gelişmiş sinyal işleme algoritmasını sağlamlaştırır ve kullanıcıların bunlara yalnızca ihtiyaçları doğrultusunda erişmesi gerekir. Sinyal işleme algoritmaları standartlaştırılıyor ve radar alt standardı oluşturuluyor. DSP'nin işlem frekansının düşürülmesi ve ARM'nin çekirdek frekansının arttırılması, kullanıcılara yalnızca HWA'nın kılık değiştirmiş kullanımını güçlendirme konusunda rehberlik etmekle kalmaz, aynı zamanda maliyetin dengelenmesine de yardımcı olur. . TI ayrıca şunları söyledi:

Donanım Hızlandırıcı bloğu (HWA 2.0), FFT, Sabit Yanlış Alarm oranı (CFAR), ölçeklendirme ve sıkıştırma gibi ortak radar işlemlerinin yükünü boşaltarak DSS ve MSS'yi destekler. Bu, MIPS'yi DSS ve MSS'ye kaydeder ve özel uygulamalar ve daha yüksek düzey algoritmalar için kaynakların açılmasını sağlar.

Radar üreticilerinin savaş alanı; izleme, hedef sınıflandırma, sahneyi anlama, uç yapay zeka, veri birleştirme vb. dahil olmak üzere veri işlemeye doğru yavaş yavaş değişiyor.

2. Her zaman sinyal işlemenin milimetre dalga radarının en büyüleyici kısmı olduğunu düşünmüşümdür. Böyle bir hareket şüphesiz radar üreticileri tarafından ADC ham veri çıkışından radar nokta bulutu veri çıkışına kadar tüm ara bağlantıların daha zayıf kontrolüne yol açacaktır. RSP katmanının daha düşük esnekliği. Radar teknolojisinin eşiğini daha da düşürecek ve orijinal radar üreticilerinin bazı teknik engellerini aşacak. Çip tedarikçilerinin radar üreticileri üzerindeki nüfuzunun giderek artacağı, çip üreticilerinin en üst düzeydeki "eşit haklar" stratejisinin, düşük fiyatlı pazara girmesi kaçınılmaz olan radar üreticileri arasındaki ürün farklılıklarını daha da azaltacağı görülüyor. yarışma.

Takip radarının yükseltme yönüne gelince, sinyal işleme kısmının çip üreticilerinin etkisiyle kısmen seyreltilip yine HWA tarafından güçlendirileceğini, RSP kısmının ise ileride standart bir ürün olabileceğini düşünüyorum. Ne tür bir uygulamaya ihtiyacınız var? Sadece kayıtları yapılandırın; rekabet giderek daha üst düzey veri işleme üzerinde yoğunlaşabilir. Yepyeni AI Motorunu entegre etmek de mümkündür. Milimetre dalga radarı, frekans bandı dışında bir dereceye kadar giderek daha çok lazer radarına benzeyecek.