用毫米波傳感器為汽車帶來(lái)高級(jí)視覺(jué)

從自適應(yīng)巡航控制(ACC)等舒適性功能、緊急剎車等安全功能，到諸如行人探測(cè)和360度感測(cè)的最新型應(yīng)用，高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 在過(guò)去五年飛速發(fā)展。此前，實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的毫米波(mmWave)傳感器都是分立式的，即發(fā)射器、接收器和處理組件均為獨(dú)立單元，這使得毫米波傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程十分復(fù)雜，并且整個(gè)解決方案的體積龐大且笨重。

相對(duì)于基于傳統(tǒng)鍺硅(SiGe)的傳感器技術(shù)，TI基于RFCMOS的雷達(dá)傳感器引入了更高的數(shù)字和模擬集成度，以實(shí)現(xiàn)高輸出功率、低功耗(比市面上現(xiàn)有解決方案低50%)和低相位噪聲，從而用具有高精度和超高分辨率的感測(cè)功能為用戶提供更加安全和先進(jìn)的駕駛體驗(yàn)。

借助TI mmWave傳感器產(chǎn)品組合中的3個(gè)器件，AWR1243、AWR1443和AWR1642傳感器，開(kāi)發(fā)人員能夠?yàn)樗麄兊脑O(shè)計(jì)選擇最佳器件。

這款A(yù)WR1x傳感器在76 - 81GHz波段內(nèi)工作，采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)(FMCW)，并具有以下特性：

鎖相環(huán)(PLL)可實(shí)現(xiàn)線性和高精度調(diào)頻，有助于提高范圍精度。

能夠覆蓋整個(gè)4GHz調(diào)頻帶寬，從而能夠探測(cè)5cm范圍以內(nèi)的物體。

一個(gè)復(fù)雜的接收器架構(gòu)能夠在稠密的傳感器環(huán)境中實(shí)現(xiàn)人為干擾或非人為干擾的探測(cè)。

可以在整個(gè)電壓和溫度范圍內(nèi)進(jìn)行自校準(zhǔn)的智能化自監(jiān)控系統(tǒng)。

長(zhǎng)距離和中距離感測(cè)應(yīng)用

想象一下，當(dāng)高速駕駛一輛具有自動(dòng)巡航控制功能的車輛時(shí)，如果在特定距離或彎道上，汽車附近出現(xiàn)了任何障礙物，毫米波傳感器可以在幾毫秒內(nèi)探測(cè)到這個(gè)障礙物。隨后，中央智能系統(tǒng)將在100毫秒內(nèi)警告駕駛員可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，并提醒駕駛員采取必要措施。

如圖1所示，AWR1243 mmWave是一款具有3個(gè)發(fā)射器和4個(gè)接收器天線的雷達(dá)前端傳感器。這款器件針對(duì)的是諸如ACC和自動(dòng)緊急剎車(AEB)等長(zhǎng)距離和中等距離雷達(dá)應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。與它一同提供的還有CSI-2/信號(hào) LVDS、I2C和SPI。該單芯片毫米波集成電路(MMIC)還具有一個(gè)內(nèi)置的校準(zhǔn)和監(jiān)控引擎，并且可以與諸如TI TDA3處理器等外部處理器耦合。將多個(gè)AWR1243傳感器級(jí)聯(lián)在一起可以在自動(dòng)高速公路駕駛的成像雷達(dá)等應(yīng)用中輕松實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的距離和更佳的角分辨率。

圖1：AWR1243 毫米波收發(fā)器、視野范圍和視域能力

短距離應(yīng)用

伊諾交通中心的數(shù)據(jù)顯示，大約90%的汽車事故是由人為錯(cuò)誤導(dǎo)致，其中很多事故是由于駕駛員注意力不集中引發(fā)的。目前市面上已有的攝像頭、24GHz雷達(dá)和超聲波傳感器可以解決這些問(wèn)題，但是這些產(chǎn)品也許不是最佳選擇。這也正是TI的77GHz單芯片數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)集成解決方案能夠大展拳腳的領(lǐng)域。我們的毫米波傳感器可以在任何環(huán)境條件下工作，比如白天、夜晚、雪天、雨天、霧天和揚(yáng)塵天氣等，并且在小外形尺寸內(nèi)，以低功耗提供高精度測(cè)量值。

相對(duì)于24GHz傳感器，TI AWR1642傳感器提供以下特性：

外形尺寸縮小33%

功耗減少50%

范圍精度提高10倍以上

整體方案成本更低

如圖2所示，AWR1642是一款高端單芯片毫米波傳感器，具有2個(gè)發(fā)射和4個(gè)接收天線，針對(duì)短距離和超短距離應(yīng)用，比如盲點(diǎn)探測(cè)、變道輔助、十字路口交通警示和車輛啟?？刂频?。它具有CAN、CAN FD和SPI接口，以及1.5MB的片上內(nèi)存，一個(gè)ARM® Cortex®-R4F和TI C674x DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理。

通過(guò)HIL接口可以將現(xiàn)場(chǎng)采集到的ADC原始數(shù)據(jù)反饋給傳感器，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和算法開(kāi)發(fā)，密碼加速器將那些通過(guò)CAN/CAN FD接口發(fā)送給引擎控制單元的目標(biāo)/原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

ARM Cortex-R4F可以運(yùn)行汽車開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)、集群和跟蹤算法。對(duì)于諸如快速傅里葉變換(FFT)和物體探測(cè)等信號(hào)處理密集型應(yīng)用來(lái)說(shuō)，C674x DSP可以執(zhí)行定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算以提升處理效率。

圖2：AWR1642單芯片傳感器、視野范圍和視域能力

超短距離應(yīng)用

在目前和未來(lái)的車輛設(shè)計(jì)中，諸如停車輔助、乘坐人員探測(cè)、車門/后備箱開(kāi)啟裝置以及簡(jiǎn)單手勢(shì)運(yùn)動(dòng)等接近度感測(cè)應(yīng)用正在成為重要的組成部分。

AWR1443是一款可用于此類應(yīng)用的77至81GHz高度集成雷達(dá)器件。下面圖3中顯示的這款A(yù)WR1443器件包括針對(duì)3個(gè)發(fā)射和4個(gè)接收天線的完整毫米波射頻部分以及模擬信號(hào)鏈，并包含具有0.5MB片上存儲(chǔ)器的用戶可編程ARM Cortex R4F，以實(shí)現(xiàn)前端的自主運(yùn)行。

圖3：AWR1443單芯片傳感器

今日啟用

為了使你能夠立即著手開(kāi)發(fā)雷達(dá)解決方案，TI提供針對(duì)所有這3款器件(AWR1243, AWR1443, AWR1642)的評(píng)估模塊(EVM)、參考電路原理圖、PCB設(shè)計(jì)文件和BOM，使你能夠在短時(shí)間內(nèi)搭建屬于自己的電路板。

此外，TI提供mmWaveSDK，這是一款由驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)(OS)抽象層、參考算法庫(kù)、固件、API、實(shí)用工具和演示實(shí)例組成的軟件開(kāi)發(fā)套件。這些庫(kù)使得針對(duì)射頻前端子系統(tǒng)的控制和監(jiān)控更加簡(jiǎn)便，而這些驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)提供與外部的通信。mmWave Studio工具幫助開(kāi)發(fā)人員以系統(tǒng)級(jí)參數(shù)配置射頻前端，比如調(diào)頻和系統(tǒng)配置文件、起始和終止頻率，以及更多其它參數(shù)，并且分析射頻性能。通過(guò)充分利用TI的軟件和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)套件(SDK)，開(kāi)發(fā)人員可以在30分鐘內(nèi)評(píng)估和實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳感器項(xiàng)目。