准备好迎接新兴的汽车雷达卫星架构了吗？（TI文档）

引言

        随着全球新车评估计划的安全等级和法规对主动安全功能的要求越来越严格，安全是当今车辆的一个不容置疑的特征。全球汽车制造商正在满足这些安全要求，并通过不断增强车辆内的高级驾驶辅助系统(ADAS)功能，包括自动紧急制动(AEB)、自适应巡航控制(ACC)和高级车道中间保持，瞄准更高水平的自动驾驶。为了支持这些功能并满足安全法规，汽车周围的雷达传感器数量正在增加。

不断发展的汽车架构

        汽车系统设计师解决ADAS功能实现的一种方法是重新考虑电气和电子系统架构的结构和集成。目前典型的架构是边缘架构，它由高度智能的雷达传感器组成，通过控制器局域网或100 Mb以太网接口将处理后的数据流式传输到ADAS电子控制单元(ECU)。这些传感器是为高性能而设计的，由一个处理器和一个专门的加速器组成，用于执行距离、多普勒和角度快速傅里叶变换(FFT)，以及随后用于目标检测、分类和跟踪的高级算法。然后将来自每个边缘雷达传感器的最终目标数据发送到ADAS ECU。图1说明了边缘架构。

图1 边缘架构中的雷达传感器连接到ADAS ECU

        边缘架构正在进化并让位于卫星架构，在卫星架构中，散布在汽车周围的传感器头将预处理的范围FFT数据通过高速1Gb以太网接口传输到功能强大的中央ECU。数据处理的很大一部分被卸载到中央ECU(图2)。与边缘架构不同，卫星架构可以在中央处理器上使用最少处理的数据进行集中数据处理，而边缘架构则是单个雷达传感器独立进行所有数据处理。

图2 卫星架构中的雷达传感器与中央电子控制单元相连

卫星架构的好处

        集中处理可以实现有效的传感器融合算法，从而实现更准确的决策。一个恰当的类比是，人类的大脑是如何根据两只眼睛的输入而不是每只眼睛独立做出决定的。原始设备制造商(OEM)可以部署算法来提高角分辨率(分布式孔径雷达)，最大速度，甚至机器学习算法来进行对象分类。传感器输入与这些算法的融合提高了感知性能，并产生了相对精确的感知图。对于汽车制造商来说，这意味着自动驾驶水平的提高。对于司机和乘客来说，这意味着更安全的汽车。

        此外，使用卫星雷达传感器可以实现系统的可扩展性和模块化。将传感器放置在汽车周围更方便的地方的能力使许多ADAS应用成为可能。只需改变传感器的数量或配置，就可以调整覆盖范围，从而将单一平台从对成本敏感的低端汽车扩展到提供不同自动驾驶级别的差异化高端汽车。

        卫星架构通过传感器融合算法和中央ECU更大的计算能力增加了价值。通过软件简化卫星传感器和差异化可以帮助降低系统复杂性并提供创造价值的新方法。此外，使用卫星雷达使汽车制造商可以选择使用无线软件更新来提高系统性能并增强安全性。这些多重优势——性能、可扩展性和简单性——都有助于卫星架构在汽车行业中的突出地位。

为卫星架构设计的雷达传感器

        TI专门为卫星架构设计了AWR2544片上雷达传感器。它具有一个集成的77 GHz收发器，带有四个发射器和四个接收器，提供更大的距离检测和更好的性能。它还包括一个成本优化的雷达处理加速器和一个吞吐量增强的1Gbps以太网接口，用于生成和传输距离FFT压缩数据。该设备具有ASIL-B级能力，并通过硬件安全模块提供安全的执行环境。

        该器件还采用了TI的封装发射(LOP)技术，该技术可以通过印刷电路板(PCB)内的波导将信号从封装辐射元件直接传输到3D天线。图3显示了带有3D波导天线的AWR2544LOP评估模块。

图3 AWR2544LOP评估模块

        在系统层面，LOP技术通过提高信噪比来提高性能，简化热管理，通过避免昂贵的RF PCB材料来降低成本，并通过在多个传感器设计中重用PCB来提高灵活性。

        TI还提供兼容的、安全增强的和优化的电源管理集成电路，以简化系统的实施。LP87725-Q1具有三个低噪声降压转换器，一个低差稳压器和一个负载开关，用于为基于AWR2544的卫星架构供电，以及以太网物理层。

结论

        为了跟上不断提高的自动驾驶水平和安全要求，ADAS应用不断发展。随着卫星架构等新架构的出现，这些系统中的传感和处理技术也必须发展以支持新的功能。像AWR2544雷达传感器这样的设备为汽车系统设计人员在采用这些趋势时提供了灵活性，并有助于为每个人创造更安全、更智能的车辆。

AWR2544芯片概述

        AWR2544是由FMCW收发器组成的单芯片毫米波传感器。该设备能够在76至81GHz (EHF)频段运行，包括雷达数据处理元件和一套丰富的车载网络外围设备。AWR2544为客户提供了额外的封装上发射(LOP)天线功能，方便将天线直接附着在封装上。AWR2544采用TI的低功耗45纳米RFCMOS工艺，以较小的外形尺寸和最小的BOM实现前所未有的集成度。AWR2544设计用于汽车领域的低功耗、自我监控、超精确雷达系统。

        TI的低功耗45nm RFCMOS工艺可实现4 TX, 4 RX系统的单片实现，该系统集成了锁相环、压控振荡器、混频器和基带ADC。该设备包括一个无线电处理器子系统(RSS)，负责雷达前端配置、控制和校准。在主子系统(MSS)中，该设备实现了一个用户可编程的Arm Cortex-R5F处理器，允许自定义控制和汽车接口应用。硬件加速块(HWA 1.5)通过卸载FFT、缩放和压缩等常见雷达处理来补充MSS。这节省了外部处理器上的MIPS，为自定义应用程序和更高级别后处理算法的实现打开了资源。

        设备中还提供了硬件安全模块(HSM)(仅适用于安全部件变体)。HSM由可编程Arm Cortex-M4核心和必要的基础设施组成，以在设备内提供安全的操作区域。

        简单的编程模型更改可以实现各种各样的传感器实现(短，中，长)，并可以动态重新配置以实现多模传感器。

        此外，AWR2544作为一个完整的平台提供，包括TI硬件和软件参考设计、软件驱动程序、示例配置、API指南和用户文档。

        更多信息可以参考官网芯片手册等官方文档：AWR2544 data sheet, product information and support | TI.com。