用毫米波傳感器為汽車帶來高級視覺

 
從自適應巡航控制(ACC)等舒適性功能、緊急剎車等安全功能,到諸如行人探測和360度感測的最新型應用,高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 在過去五年飛速發展。此前,實現這些應用的毫米波(mmWave)傳感器都是分立式的,即發射器、接收器和處理組件均為獨立單元,這使得毫米波傳感器的設計過程十分複雜,並且整個解決方案的體積龐大且笨重。
 
相對於基於傳統鍺矽(SiGe)的傳感器技術,TI基於RFCMOS的雷達傳感器引入了更高的數字和模擬集成度,以實現高輸出功率、低功耗(比市面上現有解決方案低50%)和低相位噪聲,從而用具有高精度和超高分辨率的感測功能為用戶提供更加安全和先進的駕駛體驗。
 
借助TI mmWave傳感器產品組合中的3個器件,AWR1243、AWR1443和AWR1642傳感器,開發人員能夠為他們的設計選擇最佳器件。
 
這款AWR1x傳感器在76 - 81GHz波段內工作,採用調頻連續波技術(FMCW),並具有以下特性:
•    鎖相環(PLL)可實現線性和高精度調頻,有助於提高範圍精度。
•    能夠覆蓋整個4GHz調頻帶寬,從而能夠探測5cm範圍以內的物體。
•    一個複雜的接收器架構能夠在稠密的傳感器環境中實現人為干擾或非人為干擾的探測。
•    可以在整個電壓和溫度範圍內進行自校準的智能化自監控系統。
 
長距離和中距離感測應用
想像一下,當高速駕駛一輛具有自動巡航控制功能的車輛時,如果在特定距離或彎道上,汽車附近出現了任何障礙物,毫米波傳感器可以在幾毫秒內探測到這個障礙物。隨後,中央智能系統將在100毫秒內警告駕駛員可能出現的危險,並提醒駕駛員採取必要措施。
 
如圖1所示,AWR1243 mmWave是一款具有3個發射器和4個接收器天線的雷達前端傳感器。這款器件針對的是諸如ACC和自動緊急剎車(AEB)等長距離和中等距離雷達應用,以實現自動駕駛。與它一同提供的還有CSI-2/信號 LVDS、I2C和SPI。該單芯片毫米波集成電路(MMIC)還具有一個內置的校準和監控引擎,並且可以與諸如TI TDA3處理器等外部處理器耦合。將多個AWR1243傳感器級聯在一起可以在自動高速公路駕駛的成像雷達等應用中輕鬆實現更遠的距離和更佳的角分辨率。
 
圖1:AWR1243 毫米波收發器、視野範圍和視域能力
 
短距離應用
伊諾交通中心的數據顯示,大約90%的汽車事故是由人為錯誤導致,其中很多事故是由於駕駛員注意力不集中引發的。目前市面上已有的攝像頭、24GHz雷達和超聲波傳感器可以解決這些問題,但是這些產品也許不是最佳選擇。這也正是TI的77GHz單晶片數字信號處理器(DSP)集成解決方案能夠大展拳腳的領域。我們的毫米波傳感器可以在任何環境條件下工作,比如白天、夜晚、雪天、雨天、霧天和揚塵天氣等,並且在小外形尺寸內,以低功耗提供高精度測量值。
 
相對於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%
•    範圍精度提高10倍以上
•    整體方案成本更低
 
如圖2所示,AWR1642是一款高端單晶片毫米波傳感器,具有2個發射和4個接收天線,針對短距離和超短距離應用,比如盲點探測、變道輔助、十字路口交通警示和車輛啟停控制等。它具有CAN、CAN FD和SPI接口,以及1.5MB的片上內存,一個ARM® Cortex®-R4F和TI C674x DSP負責數據處理。
 
通過HIL接口可以將現場採集到的ADC原始數據反饋給傳感器,從而實現數據的分析和算法開發,密碼加速器將那些通過CAN/CAN FD接口發送給引擎控制單元的目標/原始數據進行加密。
 
ARM Cortex-R4F可以運行汽車開放式系統架構(AUTOSAR)、集群和跟蹤算法。對於諸如快速傅里葉變換(FFT)和物體探測等信號處理密集型應用來說,C674x DSP可以執行定點和浮點運算以提升處理效率。

圖2:AWR1642單晶片傳感器、視野範圍和視域能力
 
超短距離應用
在目前和未來的車輛設計中,諸如停車輔助、乘坐人員探測、車門/後備箱開啟裝置以及簡單手勢運動等接近度感測應用正在成為重要的組成部分。
AWR1443是一款可用於此類應用的77至81GHz高度集成雷達器件。下面圖3中顯示的這款AWR1443器件包括針對3個發射和4個接收天線的完整毫米波射頻部分以及模擬信號鏈,并包含具有0.5MB片上存儲器的用戶可編程ARM Cortex R4F,以實現前端的自主運行。

圖3:AWR1443單晶片傳感器
 
今日啟用
為了使你能夠立即著手開發雷達解決方案,TI提供針對所有這3款器件(AWR1243, AWR1443, AWR1642)的評估模組(EVM)、參考電路原理圖、PCB設計文件和BOM,使你能夠在短時間內搭建屬於自己的電路板。
 
此外,TI提供mmWaveSDK,這是一款由驅動程序、操作系統(OS)抽象層、參考算法庫、固件、API、實用工具和演示實例組成的軟件開發套件。這些庫使得針對射頻前端子系統的控制和監控更加簡便,而這些驅動程序通過標準外設提供與外部的通信。mmWave Studio工具幫助開發人員以系統級參數配置射頻前端,比如調頻和系統配置文件、起始和終止頻率,以及更多其它參數,並且分析射頻性能。通過充分利用TI的軟件和系統開發套件(SDK),開發人員可以在30分鐘內評估和實現一個傳感器項目。
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