用毫米波传感器为汽车带来高级视觉

德州仪器供稿

从自适应巡航控制（ACC)等舒适性功能、紧急刹车等安全功能，到诸如行人探测和360度感测的最新型应用，高级驾驶员辅助系统 （ADAS） 在过去五年飞速发展。此前，实现这些应用的毫米波（mmWave）传感器都是分立式的，即发射器、接收器和处理组件均为独立单元，这使得毫米波传感器的设计过程十分复杂，并且整个解决方案的体积庞大且笨重。

相对于基于传统锗硅（SiGe)的传感器技术，TI基于RFCMOS的雷达传感器引入了更高的数字和模拟集成度，以实现高输出功率、低功耗（比市面上现有解决方案低50%）和低相位噪声，从而用具有高精度和超高分辨率的感测功能为用户提供更加安全和先进的驾驶体验。

借助TI mmWave传感器产品组合中的3个器件，AWR1243、AWR1443和AWR1642传感器，开发人员能够为他们的设计选择最佳器件。

这款AWR1x传感器在76 - 81GHz波段内工作，采用调频连续波技术（FMCW），并具有以下特性：
•    锁相环（PLL）可实现线性和高精度调频，有助于提高范围精度。
•    能够覆盖整个4GHz调频带宽，从而能够探测5cm范围以内的物体。
•    一个复杂的接收器架构能够在稠密的传感器环境中实现人为干扰或非人为干扰的探测。
•    可以在整个电压和温度范围内进行自校准的智能化自监控系统。

长距离和中距离感测应用

想象一下，当高速驾驶一辆具有自动巡航控制功能的车辆时，如果在特定距离或弯道上，汽车附近出现了任何障碍物，毫米波传感器可以在几毫秒内探测到这个障碍物。随后，中央智能系统将在100毫秒内警告驾驶员可能出现的危险，并提醒驾驶员采取必要措施。

如图1所示，AWR1243 mmWave是一款具有3个发射器和4个接收器天线的雷达前端传感器。这款器件针对的是诸如ACC和自动紧急刹车（AEB）等长距离和中等距离雷达应用，以实现自动驾驶。与它一同提供的还有CSI-2/信号 LVDS、I2C和SPI。该单芯片毫米波集成电路（MMIC）还具有一个内置的校准和监控引擎，并且可以与诸如TI TDA3处理器等外部处理器耦合。将多个AWR1243传感器级联在一起可以在自动高速公路驾驶的成像雷达等应用中轻松实现更远的距离和更佳的角分辨率。


图1：AWR1243 毫米波收发器、视野范围和视域能力

短距离应用

伊诺交通中心的数据显示，大约90%的汽车事故是由人为错误导致，其中很多事故是由于驾驶员注意力不集中引发的。目前市面上已有的摄像头、24GHz雷达和超声波传感器可以解决这些问题，但是这些产品也许不是最佳选择。这也正是TI的77GHz单芯片数字信号处理器（DSP）集成解决方案能够大展拳脚的领域。我们的毫米波传感器可以在任何环境条件下工作，比如白天、夜晚、雪天、雨天、雾天和扬尘天气等，并且在小外形尺寸内，以低功耗提供高精度测量值。

相对于24GHz传感器，TI AWR1642传感器提供以下特性：
•    外形尺寸缩小33%
•    功耗减少50%
•    范围精度提高10倍以上
•    整体方案成本更低

如图2所示，AWR1642是一款高端单芯片毫米波传感器，具有2个发射和4个接收天线，针对短距离和超短距离应用，比如盲点探测、变道辅助、十字路口交通警示和车辆启停控制等。它具有CAN、CAN FD和SPI接口，以及1.5MB的片上内存，一个ARM Cortex-R4F和TI C674x DSP负责数据处理。

通过HIL接口可以将现场采集到的ADC原始数据反馈给传感器，从而实现数据的分析和算法开发，密码加速器将那些通过CAN/CAN FD接口发送给引擎控制单元的目标/原始数据进行加密。

ARM Cortex-R4F可以运行汽车开放式系统架构（AUTOSAR）、集群和跟踪算法。对于诸如快速傅里叶变换（FFT）和物体探测等信号处理密集型应用来说，C674x DSP可以执行定点和浮点运算以提升处理效率。


图2：AWR1642单芯片传感器、视野范围和视域能力

超短距离应用

在目前和未来的车辆设计中，诸如停车辅助、乘坐人员探测、车门/后备箱开启装置以及简单手势运动等接近度感测应用正在成为重要的组成部分。

AWR1443是一款可用于此类应用的77至81GHz高度集成雷达器件。下面图3中显示的这款AWR1443器件包括针对3个发射和4个接收天线的完整毫米波射频部分以及模拟信号链，并包含具有0.5MB片上存储器的用户可编程ARM Cortex R4F，以实现前端的自主运行。


图3：AWR1443单芯片传感器

今日启用

为了使你能够立即着手开发雷达解决方案，TI提供针对所有这3款器件（AWR1243, AWR1443, AWR1642）的评估模块（EVM）、参考电路原理图、PCB设计文件和BOM，使你能够在短时间内搭建属于自己的电路板。

此外，TI提供mmWaveSDK，这是一款由驱动程序、操作系统（OS）抽象层、参考算法库、固件、API、实用工具和演示实例组成的软件开发套件。这些库使得针对射频前端子系统的控制和监控更加简便，而这些驱动程序通过标准外设提供与外部的通信。mmWave Studio工具帮助开发人员以系统级参数配置射频前端，比如调频和系统配置文件、起始和终止频率，以及更多其它参数，并且分析射频性能。通过充分利用TI的软件和系统开发套件（SDK），开发人员可以在30分钟内评估和实现一个传感器项目。

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