Phân tích sâu chip radar thế hệ thứ hai TI

Radar gắn trên xe là một trong những cảm biến cốt lõi của Hệ thống lái xe có hỗ trợ nâng cao (ADAS) và lái xe không người lái, còn chip radar gắn trên xe là lõi của radar gắn trên xe. Ngày nay, chip cấp độ phương tiện tích hợp cao (MMIC+DSP/MCU) cung cấp giải pháp quan trọng cho việc thu nhỏ, độ tin cậy cao, độ ổn định và chi phí radar thấp, đồng thời tầm quan trọng của nó là hiển nhiên.

Mới đây, Công ty TI đã chính thức ra mắt chip radar gắn trên xe thế hệ tiếp theo là AWR2944 và phát hành SDK đi kèm mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01, hộp công cụ thiết kế tham chiếu, hộp công cụ MMWAVE _ ô tô _ 3 _ 5 _ 0 và bảng tham chiếu demo AWR2944 EVM . Vậy bản phát hành này mang lại những điều chỉnh và nâng cấp gì, ý tưởng thiết kế sản phẩm chip radar của Công ty TI thể hiện điều gì và nó có thể có tác động gì đến ngành công nghiệp radar phương tiện? Chúng ta hãy lặn sâu.

AWR2944 TI được định nghĩa là chip radar gắn trên xe thế hệ thứ hai với hiệu suất cao, hiện đang ở giai đoạn Preview. Điều đó có nghĩa là, các mẫu chip hoặc bảng demo có thể đánh giá được thì có thể được cung cấp, chưa được sản xuất hàng loạt chính thức.

AWR2944

Hãy bắt đầu với một điểm quan trọng, Tổng quan về thiết bị

AWR2944 vẫn là tiến trình RFCMOS 45nm truyền thống, hỗ trợ dải tần 76-81GHz với băng thông cao nhất là 5GHz. Đồng thời, chip này hỗ trợ 4Tx4Rx, đây là chip có số lượng ăng-ten thu phát đơn chip lớn nhất trong TI cho đến nay;

So với dòng AWR1xxx trước đây, khả năng điều khiển pha được cải thiện đôi chút lên -96 dBc/Hz [76 đến 77 GHz] và -95 DBC/Hz [76 đến 81 GHz] (nhiễu pha @ 1 MHz);

Bộ dịch pha máy phát mới: DSS tích hợp DSP của riêng mình, nhưng mô hình của nó được thay đổi từ C674x thành C66x. Bộ xử lý trong MSS được nâng cấp từ ARM R4F lên ARM R5F và bộ tăng tốc phần cứng (HWA) được nâng cấp lên 2.0; RAM trên chip được tăng lên 4MB.

Mô-đun bảo mật phần cứng (HSM) lần đầu tiên được tích hợp. Bản thân HSM chủ yếu bao gồm lõi ARM Cortex M4 có thể lập trình. Ngoài ra, hỗ trợ khởi động được mã hóa và xác thực an toàn cũng như HWA mã hóa được thêm vào khởi động để tăng cường hơn nữa tính bảo mật của phần cứng radar.

Về giao diện liên lạc gắn trên xe, tất cả hai kênh CAN đều được điều chỉnh thành CAN-FD và lần đầu tiên hỗ trợ Ethernet 100 Mbps RGM II/RMII/MII;

Tốc độ lấy mẫu ADC là 37.5Msps, số lượng kênh được tăng lên 9, UART được tăng lên 4 và giao diện CSI2 Rx được thêm vào để thu thập và phát lại dữ liệu.

TI đầu nhận từ bỏ cấu trúc trộn trực giao I/Q thường được sử dụng ở thế hệ trước và áp dụng cấu trúc trộn kênh I (như hiển thị bên dưới);

Nhận hệ thống con (mỗi kênh)

Kiến trúc phần cứng được thể hiện trong hình dưới đây. AWR2944 vẫn là một thiết kế mô-đun rõ ràng và các điều chỉnh và nâng cấp khác nhau được giới thiệu trước đó về cơ bản là rõ ràng. Mình cũng để sơ đồ khối của AWR1843 cho các bạn tiện theo dõi.

Sơ đồ khối chức năng (AWR2944)

Sơ đồ khối chức năng (AWR1843)

Có thể thấy, là chip radar hiệu suất cao thế hệ thứ hai, AWR2944 có rất nhiều chỗ để điều chỉnh và nâng cấp. Nhưng chức năng của các tham số xét cho cùng chỉ là bề ngoài, chúng ta phải nhìn vào logic sâu xa đằng sau những điều chỉnh và nâng cấp này.

Tôi đã giới thiệu radar góc thế hệ tiếp theo của Conti trong (Radar góc thế hệ tiếp theo công nghiệp I-từ SRR600). Yêu cầu cơ bản là phải nhận ra nhận thức có độ chính xác cao về các mục tiêu ở khoảng cách xa trong điều kiện foV lớn, điều này đặt ra những thách thức mới đối với hiệu suất phạm vi radar, foV góc, độ phân giải và độ chính xác.

So với thế hệ trước, 944 tích hợp thêm một kênh truyền dẫn để đạt được độ phân giải và độ chính xác góc cao hơn, đồng thời cung cấp hỗ trợ ở cấp độ chip cho các thiết kế bố trí ăng-ten phức tạp hơn.

Thông thường, cảm biến khoảng cách xa chủ yếu được giải quyết bằng thiết kế ăng-ten, đo xa hơn chùm tia hội tụ và nén foV. Rất khó để đạt được khoảng cách xa trong điều kiện foV lớn. Một cách là nhiều ăng-ten truyền đồng thời, ví dụ, bốn ăng-ten truyền đồng thời và chùm tia rộng xếp chồng có thể đo xa hơn trong điều kiện foV rộng. Tuy nhiên, vấn đề của việc truyền đồng thời là máy thu khó có thể tách các búp sóng chồng lên nhau một cách đáng tin cậy. 944 áp dụng sơ đồ tách kênh DDM-MIMO hoàn toàn mới (chi tiết bên dưới), giúp thực hiện tách kênh đáng tin cậy trên cơ sở truyền đồng thời và về cơ bản nhận ra nhận thức có độ chính xác cao về các mục tiêu đường dài trong điều kiện foV lớn. Và gần như tất cả những điều này đều được hiện thực hóa bằng bộ tăng tốc phần cứng (chỉ một lượng nhỏ tính toán được DSP can thiệp), vì vậy TI đã nâng cấp HWA lên 2.0.

Đồng thời, dung lượng RAM được tăng lên để cân bằng chi phí bộ nhớ do tăng số kênh và độ phức tạp của thuật toán. Việc bổ sung giao diện Ethernet cũng nhằm giải quyết vấn đề tăng khối lượng dữ liệu như đám mây điểm đầu ra của radar.

Trong số các chip thế hệ đầu tiên, 1642 là chip đầu tiên và DSP là lõi tính toán tuyệt đối, được sử dụng cho hầu hết tất cả các tác vụ xử lý tín hiệu và xử lý dữ liệu. MCU về cơ bản chỉ được sử dụng để cấu hình, điều khiển và quản lý, đây là định vị cơ bản của ARM MCU theo TI. Do đó, việc xử lý MSS và DSS không cân bằng, và các từ chính xác của TI là: Trong hầu hết các trường hợp sử dụng, MSS được định nghĩa là miền điều khiển trong khi DSS thực sự thực thi DPC.

Tuy nhiên, ở thế hệ thứ hai, dẫn đầu là 2944, vị thế của DSP đã bị suy yếu, phần xử lý tín hiệu tốn nhiều thời gian và công sức về cơ bản đã được HWA thực hiện. Trên thực tế, chỉ cần bạn sẵn lòng, toàn bộ liên kết xử lý RSP sẽ được HWA thực hiện. TI cũng hy vọng rằng bạn có thể sử dụng HWA nhiều hơn nên đã hạ thấp thông số kỹ thuật của DSP. Tần số xử lý của C66x chỉ là 360 MHz, thấp hơn nhiều so với C67x thế hệ trước. Hơn nữa, ARM được tăng cường sức mạnh, không chỉ về cấu hình và điều khiển mà còn về xử lý dữ liệu cao hơn. Ví dụ: việc theo dõi và phân loại cũng có thể được xử lý bởi ARM, điều này chia sẻ thêm các nhiệm vụ xử lý của DSP, đây là lý do khiến các thông số kỹ thuật của DSP bị suy giảm.

Loại thay đổi này mang tính hỗn hợp và chúng ta sẽ nói về nó ở cuối bài viết.

Mặc dù khả năng điều chỉnh và nâng cấp của 2944 rất phong phú, mang lại trải nghiệm radar mới nhưng giá thành của chip 2944 sẽ không tăng nhiều do giảm thông số kỹ thuật DSP và số lượng ADC trong sơ đồ trộn kênh đơn ở đầu thu.

Và thiết kế tham khảo demo phần mềm. TI cung cấp SDK và Hộp công cụ phù hợp với 2944.

Hộp công cụ chứa 2944 thiết kế tham chiếu đáp ứng các yêu cầu chức năng của NCAP R79 và hỗ trợ BSD, FCTA, LCA, v.v. Bản demo thực hiện foV ngang ± 80° Đo khoảng cách dưới 200m, độ phân giải góc 9.5° . Thú vị hơn, TI đã thêm một câu thú vị như vậy vào cột tính năng của thiết kế tham khảo: Xây dựng niềm tin của khách hàng về khả năng của thiết bị sóng mm. Có vẻ như radar sóng milimet vẫn còn tương đối khiêm tốn.

AWR2944 EVM

Sự kết hợp giữa EVM và DCA1000 cung cấp khả năng thu thập dữ liệu thô để hỗ trợ phân tích dữ liệu ADC thô.

Mảng bố trí MIMO tương đương của ăng-ten bảng Demo là

Mảng ăng-ten ảo

Dải tần ăng-ten bao phủ từ 76GHz đến 81GHz, với mức tăng 13dBi, 3dB, mức độ rộng chùm tia là 3 dB ± 30° độ rộng ± 3° Mức độ rộng chùm tia 6dB ± 45° độ rộng ± 5°.

Mẫu bức xạ độ cao

Sau TI SDK 3.x, một SW Framework hoàn toàn mới được thiết kế và các khái niệm như DPC, DPM và DPU được giới thiệu, khiến toàn bộ kiến trúc phần mềm trở nên phức tạp nhưng logic rõ ràng và các nhà phát triển có thể nhanh chóng bắt đầu phát triển nó. Framework không phải là trọng tâm của bài viết này nên tôi sẽ không nhắc lại ở đây. Hãy nói về bản nâng cấp cốt lõi DDM-MIMO.

Tôi đã thảo luận về các công nghệ tách kênh MIMO như FDM, TDM và CDM trong (tách kênh MIMO của radar 4D). Khác với TDMA, FDMA có thể thực hiện truyền đồng thời và xác định sơ đồ tách kênh bằng cách sử dụng mối quan hệ ánh xạ giữa ăng ten máy phát và vị trí bù tần số.

Trong số đó, FDM có thể được tóm tắt đơn giản bằng hình sau.

(a) Nếu độ lệch tần số giữa các kênh được phân tách là bội số của độ phân giải Doppler thì đó là DDMA;

(b) Nếu độ lệch tần số giữa các kênh được phân tách là bội số của băng thông tín hiệu sau khi giải mã thì đó là RDMA；

(c) Nếu độ lệch tần số giữa các kênh được tách là bội số của tần số nhịp tối đa thì đó là BFD;

(d) Nếu độ lệch tần số giữa các kênh được phân tách là bội số của băng thông chirp thì đó là FT-FDMA.

Tách kênh MIMO

Vì vậy, DDM có thể được coi là một trường hợp của FDM.

Bản đồ phạm vi Doppler (DDM)

TI triển khai DDMA băng tần trống, cung cấp DPU RangeProc DDMA và Doppler DDMA DPU tạo thành mô-đun lõi của DDMA. Tôi có một cái nhìn ngắn gọn về Giải điều chế DDMA được triển khai bởi phần cứng hiện tại của TI và việc hoàn thiện tổng thể vẫn ổn. 

nguyên tắc DDMA

Từ điều chế DDMA có thể thấy rằng DDM-MIMO yêu cầu bộ dịch pha ở mức độ cao và độ chính xác của bộ dịch pha TI cũng cần được đánh giá cẩn thận.

Chuỗi xử lý đường dẫn dữ liệu phát hiện đối tượng

Tuy nhiên, DDMA không phải là một giải pháp dễ dàng. Các vấn đề tiềm ẩn của DDMA bao gồm nhưng không giới hạn ở:
Hiệu chỉnh pha Bí danh cực đại Biên độ không cân bằng

2944thử nghiệm demo

Tóm tắt

Hãy tiến thêm một bước nữa và phân tích tác động của việc phát hành TI 2944 đối với ngành công nghiệp radar trên xe.

Nếu chỉ phân tích khả năng cạnh tranh của radar từ góc độ kỹ thuật thì điều quan trọng nhất nằm ở ăng-ten, MMIC và thuật toán. Các nhà sản xuất chip cung cấp MMIC, còn các nhà sản xuất radar dần dần thiết lập những rào cản của riêng mình nhờ những ưu điểm của ăng-ten và thuật toán, và trạng thái này dường như thay đổi chậm rãi.

1. Radar sóng milimet đang dần thay đổi từ "sự khác biệt của các liên kết xử lý tín hiệu" sang "sự khác biệt của các liên kết xử lý dữ liệu", nghĩa là sự khác biệt của các phương pháp xử lý dữ liệu đám mây điểm. Nó ủng hộ việc sử dụng TI HWA, củng cố nhiều thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến và người dùng chỉ cần truy cập chúng theo nhu cầu của mình. Các thuật toán xử lý tín hiệu đang được chuẩn hóa và tiêu chuẩn đáy radar được xây dựng. Việc giảm tần số xử lý của DSP và tăng tần số lõi của ARM không chỉ có thể hướng dẫn người dùng tăng cường sử dụng HWA ngụy trang mà còn giúp cân bằng chi phí . TH cũng nói:

Khối tăng tốc phần cứng (HWA 2.0) bổ sung DSS và MSS bằng cách giảm tải quá trình xử lý radar phổ biến như FFT, Tốc độ cảnh báo sai liên tục (CFAR), chia tỷ lệ và nén. Điều này giúp tiết kiệm MIPS trên DSS và MSS, mở ra tài nguyên cho các ứng dụng tùy chỉnh và thuật toán cấp cao hơn.

Chiến trường của các nhà sản xuất radar đang dần chuyển sang xử lý dữ liệu, bao gồm theo dõi, phân loại mục tiêu, hiểu cảnh, AI biên, tổng hợp dữ liệu, v.v.

2. Tôi luôn nghĩ rằng xử lý tín hiệu là phần hấp dẫn nhất của radar sóng milimet. Một động thái như vậy chắc chắn sẽ dẫn đến khả năng kiểm soát yếu hơn đối với tất cả các liên kết trung gian từ đầu ra dữ liệu thô ADC đến đầu ra dữ liệu đám mây điểm radar của các nhà sản xuất radar. Tính linh hoạt thấp hơn của lớp RSP. Nó sẽ hạ thấp hơn nữa ngưỡng công nghệ radar và phá vỡ một số rào cản kỹ thuật của các nhà sản xuất radar ban đầu. Có thể thấy, các nhà cung cấp chip sẽ có ảnh hưởng ngày càng lớn hơn đối với các nhà sản xuất radar, và chiến lược “quyền bình đẳng” ở cấp cao nhất của các nhà sản xuất chip sẽ làm giảm hơn nữa sự khác biệt về sản phẩm giữa các nhà sản xuất radar, vốn chắc chắn sẽ nhập vào giá thấp. cuộc thi.

Về hướng nâng cấp của radar theo dõi, tôi cho rằng phần xử lý tín hiệu sẽ bị loãng đi một phần dưới tác động của các nhà sản xuất chip và vẫn sẽ được HWA tăng cường sức mạnh, và phần RSP cuối cùng có thể trở thành sản phẩm tiêu chuẩn. Bạn cần loại ứng dụng nào? Chỉ cần định cấu hình các thanh ghi và sự cạnh tranh có thể ngày càng tập trung hơn vào việc xử lý dữ liệu cấp cao hơn. Cũng có thể tích hợp AI Engine hoàn toàn mới. Ở một mức độ nào đó, radar sóng milimet sẽ ngày càng giống radar laser ngoại trừ dải tần.