TI 的AWR2188 4D成像雷达发射器

简介

德州仪器 (TI) 推出的 AWR2188 4D 成像雷达发射器专为满足全球市场需求而设计，将8个发射器与8个接收器集成于一颗封装启动芯片中。这种集成设计简化了高分辨率雷达系统的搭建流程，因为8发 8收的配置无需进行芯片级联，即便要拓展至更多通道数，所需器件数量也更少。该发射器同时支持卫星式架构与边缘式架构，能够为汽车制造商提供灵活的解决方案，简化并加速从入门级至高端车型全系车辆的ADAS 功能全球部署。

产品特性

FMCW 收发器

• 集成 PLL、发送器、接收器、基带和 ADC

• 工作频率范围为 76-81GHz，具有高达 4.5GHz 的连续线性调频脉冲带宽

• 八个接收通道

• 八个传输通道

• 基于分数 N PLL 的超精确线性调频脉冲引擎

• TX 功率：13.5dBm

• RX 噪声系数：10dB

• 出色的线性度可使 P1dB 高达 –5dBm，同时保持良好的噪声系数

• 业界出色的 8 发送器、8 接收器雷达前端，功耗为 2.8W

• 用于出色测量最大速度的 3µs 最短线性调频脉冲空闲时间

• 266MHz/µs 的最大啁啾斜率，实现快速高带宽测量

• ADC 采样率高达 66.67MSPS，可实现出色的仪表量程

内置校准和自检

• 内置固件 (ROM)

• 针对工艺和温度进行自校准的系统

主机接口

• 通过 SPI 或 I2C 接口与外部处理器进行控制连接

• 通过 MIPI D-PHY 和 CSI2 v1.2 与外部处理器进行数据连接

• 通过中断实现故障报告

以符合功能安全标准为目标

• 专为功能安全应用开发

• 提供了有助于进行 ISO 26262 功能安全系统设计的文档

• 以系统功能达到 ASIL-D 级为目标

• 硬件能力最高可满足 ASIL-B 目标

• 安全相关认证

• 计划通过 TUV 的 ISO 26262 认证

以 AEC-Q100 级为目标

AWR2188 高级特性

• 嵌入式自监控，有限使用主机处理器

• 可以选择级联多个器件以增加通道数

• 嵌入式干扰检测功能

电源管理

• 内置 LDO 网络，可增强 PSRR

• I/O 支持双电压 3.3V/1.8V

时钟源

• 支持外部驱动、频率为 50MHz 或 40MHz 的时钟（方波/正弦波）

• 支持 50MHz 或 40MHz 晶体与负载电容器相连接

轻松的硬件设计

• 经过生产验证的创新封装上启动 (LOP) 技术，具有易于路由的启动装置位置

• 0.5mm 间距 14mm × 15mm FCCSP 封装，可实现轻松组装和低成本 PCB 设计

• 小尺寸解决方案

运行条件

• 结温范围：TX 模块中 -40°C 至 140°C、-40°C 至 142°C

产品说明

AWR2188 器件是一款能够在 76GHz 至 81GHz 频带内运行的集成式单芯片 FMCW 收发器。该器件采用非常小的外形尺寸实现了出色的集成度。AWR2188 设计用于汽车领域中的低功耗、自监控、超精确雷达系统。

AWR2188 器件是一种自包含 FMCW 收发器单芯片器件，简化了汽车雷达传感器在 76GHz 至 81GHz 频带范围内的实施。该器件基于 TI 低功耗 45nm RFCMOS 工艺构建，从而实现了一个具有内置 PLL 和 ADC 转换器的单片实施 8TX、8RX 系统。简单编程模型更改可支持各种传感器实施（近距离、中距离和远距离），并且能够进行动态重新配置，从而实现多模式传感器。此外，该器件作为完整的平台器件进行提供，该包括硬件参考设计、软件驱动程序、样例配置、API 指南以及用户文档。

产品应用

• 自动公路驾驶

• 自动紧急刹车

• 自适应巡航控制

• 使用级联配置的成像雷达

功能方框图

设计参考

使用单芯片 8 x 8 级联收发器实现 4D 雷达成像

要释放自动驾驶功能的潜力，需要高级驾驶辅助系统 (ADAS) 能够可靠地收集详细的环境数据流，包括与其他物体的接近程度、汽车周围和前方物体的类型（其他汽车、人员、障碍物）以及汽车行驶的速度。

雷达仍是一项基础技术，使 ADAS 能够更好地感知车辆周围环境并对其做出反应，尤其是在恶劣天气条件下，这类环境不仅会降低驾驶员的视敏度，还会限制视觉和光传感器的精度。

4D 成像雷达等雷达技术的创新在支持高分辨率感应的同时添加了垂直角度测量以及卫星雷达配置，正加速推动汽车行业向更高层次的自动驾驶发展，其分类标准由汽车工程师学会制定。

这些创新和单芯片雷达收发器可简化全面、高分辨率雷达传感的实现，从而以更高的精度跟踪和识别附近或正在靠近的物体。

什么是 4D 雷达？它对自动驾驶有什么影响？

汽车雷达系统通常在车辆的前后角使用短距离和中距离雷达传感器来实现盲点检测、车道保持辅助以及前后侧向来车警示。位于车辆前部的远距离雷达传感器可处理自动紧急制动和自适应巡航控制。4D 成像雷达通过添加垂直角度测量功能来扩展 3D 雷达的功能（如下表所示），允许车辆检测桥梁和隧道等结构的高度。

结合距离、水平位置和速度数据，ADAS 功能可以检测物体并区分道路上的碎屑、障碍物、车辆、路面、行人，甚至是蹲在车辆旁更换轮胎的人员。这些感应功能可实现车辆周围物体的高分辨率可视化 (如下图)。

除了扩展物体检测范围外，4D 成像雷达在精度上也有所提高。与激光雷达或摄像头不同，4D 成像雷达依靠回声定位，使用无线电波来确定物体的位置、速度和形状，从而监测环境和车辆状况。由于无线电波的波长较长，可以穿透雨、雾和灰尘等颗粒，因此 4D 成像雷达在能见度较差的恶劣条件下具有比激光雷达或摄像头更好的性能。

4D 成像雷达从多输入多输出天线阵列获取数据，便于进行高分辨率映射。由于许多天线向周围环境中的目标发送信号，并接收这些目标反射的信号，该天线阵列会生成点云数据，从而改善环境建模和物体分类的精度。

单芯片 8 x 8 雷达芯片如何简化 4D 雷达设计？

实施 4D 成像雷达给汽车原始设备制造商 (OEM) 带来了巨大的挑战。传统的雷达系统通常需要级联多个芯片，以实现高分辨率成像所需的天线阵列尺寸和通道数，因此增加了系统复杂性、功耗和成本。这种集成还需要更多的热管理和更大的印刷电路板尺寸，使得车辆设计和制造变得复杂。

例如，使用 4 x 4 收发器实现 8 x 8 配置需要两个级联 4 x 4 收发器以及 PMIC、额外的外设和更大的电路板来对两个 IC 进行布线。这增加了整体系统复杂性、功耗和系统成本。单芯片 AWR2188 收发器可自行实现此配置，同时仅需将四个 8 x 8 器件级联在一起即可实现高达 32 x 32 的可扩展性，显著降低了系统复杂性。

下图显示了 AWR2188 收发器如何从 8 x 8 配置级联到 16 x 16、24 x 24 和 32 x 32 配置。这种高水平的可扩展性使 1 级汽车供应商和 OEM 能够满足消费者对改进功能和更高自动驾驶水平的需求。

级联这些器件可帮助设计人员在 >350m 处实现更高的性能和更精确的远距离物体检测（如下图所示），同时还提供从具有成本效益的独立实施方案到优质雷达系统的可扩展开发路径。

单芯片 8 x 8 雷达收发器如何支持卫星雷达架构

为了支持复杂的 ADAS 功能，汽车雷达正在从传统的边缘雷达架构（在每个传感器上处理数据）向卫星雷达架构（车辆周围的雷达收发器提供原始数据以供中央电子控制单元 (ECU) 处理）发展。

通过卫星架构的分布式配置，中央 ECU 可以更轻松地构建全面的环境视图，更大限度地缩小覆盖范围差距，而不是像传统的边缘雷达配置那样在边缘处理数据。

在卫星架构中，中央 ECU 通过其高水平的计算资源最大限度地减少了延时，从而使车辆能够更快地响应传感器数据。

现代传感器集成越来越多地使用人工智能和机器学习框架来组合来自成像系统和雷达传感器等多个输入源的数据，从而通过极少的处理或原始传感器输入来提高系统性能。将未过滤的数据流传输到 CPU，为车队之间基于软件的产品差异化和运营适应性创造了机会，这是传统架构无法实现的。

AWR2188 支持两种架构，旨在与行业领先的处理器生态系统集成，助力设计师在设计更高级别自动驾驶车型时，能够更轻松地采用卫星雷达架构。下图是使用 AWR2188 传感器的卫星架构方框图。