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作者：飛思卡爾公司高級(jí)應(yīng)用工程師Andrew Robertson 當(dāng)前，世界各地由于道路交通事故而導(dǎo)致死亡的人數(shù)不斷攀升。據(jù)世界健康組織統(tǒng)計(jì)，2010年，124萬(wàn)人死于道路交通事故，交通事故已成為全球第八大人員意外死亡的主要原因。在發(fā)達(dá)地區(qū)，汽車(chē)被動(dòng)安全系統(tǒng)、安全帶、安全氣囊、撞擊緩沖區(qū)等已經(jīng)成為減少車(chē)主和行人死亡和嚴(yán)重?fù)p害事故發(fā)生的基本配置和措施。但即使是在世界上一些發(fā)達(dá)地區(qū)(在那里車(chē)輛變得越來(lái)越互連，并為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)商提供越來(lái)越高的信息水平)，分析人士仍然認(rèn)為駕駛員分心是導(dǎo)致人員死亡和嚴(yán)重?fù)p害事故發(fā)生的真正潛在因素，因此，汽車(chē)制造商需要改善車(chē)輛的自動(dòng)安全系統(tǒng)，并且這一需求正逐年增加。 另一方面，當(dāng)全球汽車(chē)行業(yè)正在為車(chē)輛事故“零死亡率”的目標(biāo)努力時(shí)，消費(fèi)者需求和政府立法也在驅(qū)動(dòng)著汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，主動(dòng)型和預(yù)測(cè)型防碰撞安全系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車(chē)中越來(lái)越盛行起來(lái)。例如，高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的增值功能——電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和后視攝像頭，以及基于視覺(jué)的行人檢測(cè)系統(tǒng)等——正隨著微控制器和傳感器技術(shù)的進(jìn)步而變得可能。此外，基于雷達(dá)技術(shù)的增強(qiáng)型嵌入式解決方案也可為ADAS設(shè)計(jì)人員提供互補(bǔ)的安全特性。 全新的雷達(dá)技術(shù)解決方案 隨著全球各國(guó)陸續(xù)近期出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，越來(lái)越多的ADAS系統(tǒng)有望在未來(lái)成為政府強(qiáng)制要求安裝的車(chē)輛配置系統(tǒng)，如車(chē)輛的后視攝像頭和面向商用車(chē)的高級(jí)緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)(AEBS)等。基于雷達(dá)技術(shù)的汽車(chē)安全系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)和側(cè)面碰撞檢測(cè)，以及中遠(yuǎn)距離的正面雷達(dá)探測(cè)等，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制功能。 以飛思卡爾推出的嵌入式微控制器和專(zhuān)門(mén)面向雷達(dá)應(yīng)用的77GHz毫米波集成式電路為例，該典型雷達(dá)模塊由發(fā)射解決方案(Tx)、電壓控制振蕩器(VCO)、三通道接收器IC(Rx)及微控制器(MCU)組成。芯片通過(guò)約 38 GHz的本地振蕩器(LO)信號(hào)連接，通過(guò)串行外設(shè)接口(SPI)總線可獨(dú)立控制每個(gè)芯片。主控制器和調(diào)制主機(jī)是一款帶有集成式高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADCs)的單個(gè)微控制器，并具備適當(dāng)信號(hào)處理功能，如快速 傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)。 憑借Qorivva MPC577xK MCU和MRD2001 77GHz雷達(dá)收發(fā)器芯片組，飛思卡爾推出了新一代基于嵌入式雷達(dá)的產(chǎn)品 。該雷達(dá)收發(fā)器芯片組由一個(gè)VCO(MRD2001VC)、一個(gè)2通道Tx發(fā)射器(MRD2001TX)和一個(gè)3通道RX接收器(MRD2001RX)組成，這些新產(chǎn)品為汽車(chē)設(shè)計(jì)提供了完整的嵌入式雷達(dá)系統(tǒng)。同時(shí)，該雷達(dá)技術(shù)解決方案進(jìn)一步完善了現(xiàn)有的高性能ADAS系統(tǒng)，例如，在嵌入式攝像頭/視頻產(chǎn)品方面——飛思卡爾SCP220x圖像認(rèn)知處理器(ICP)系列和Qorivva MPC5604E MCU——專(zhuān)為高級(jí)視覺(jué)處理而設(shè)計(jì)，用于車(chē)輛和行人檢測(cè)，可滿(mǎn)足汽車(chē)制造商對(duì)ADAS解決方案更高的性能要求。 先進(jìn)的系統(tǒng)集成性能 當(dāng)前許多雷達(dá)系統(tǒng)都基于Qorivva MPC5675K MCU——包括外部FPGA、ADC、DAC、SRAM和用于發(fā)射和接收的模擬前端。而全新的MPC577xK MCU可在單一芯片解決方案中支持經(jīng)濟(jì)高效的雷達(dá)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能。 MPC577xK系列在單一356 BGA封裝中提供高水平的數(shù)字和模擬集成，無(wú)需外部FPGA、ADC、DAC和SRAM，實(shí)現(xiàn)了更佳的成本優(yōu)勢(shì)，減少了所需組件的數(shù)量、PCB尺寸和軟件復(fù)雜性。 
圖1：雷達(dá)芯片組演變 除了兩個(gè)266 MHz e200z7處理內(nèi)核，MPC577xK MCU還采用了一個(gè)最先進(jìn)的信號(hào)處理工具箱(SPT)，包含處理短、中和長(zhǎng)距離雷達(dá)應(yīng)用采樣信號(hào)所需的硬件模塊。SPT是一款強(qiáng)大的處理引擎，通過(guò)特定命令驅(qū)動(dòng)的指令集驅(qū)動(dòng)高性能信號(hào)處理操作。其可編程性可確保在頻繁的硬件任務(wù)調(diào)度中移除CPU時(shí)，仍可保持靈活性，控制處理流程并與其互動(dòng)。系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)還包括：易于使用的MCU，帶有集成式FFT加速器；大密度存儲(chǔ)器支持可擴(kuò)展的雷達(dá)應(yīng)用；支持開(kāi)環(huán)和鎖相環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性；可控的功耗，可提高效率；幫助系統(tǒng)制造商滿(mǎn)足功能安全 ISO 26262 ASIL-D目標(biāo)。 在安全特性方面，作為飛思卡爾SafeAssure 項(xiàng)目的一部分，MCP577xK MCU采用兩個(gè)高性能功率Architecture e200z7內(nèi)核，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，并可幫助汽車(chē)制造商實(shí)現(xiàn)最低的ISO 26262汽車(chē)安全完整性等級(jí)-B(ASIL-B)。除了滿(mǎn)足汽車(chē)功能安全應(yīng)用的要求，鎖步配置中采用了兩個(gè)e200z4 內(nèi)核，專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足決策和關(guān)鍵安全需求而設(shè)計(jì)，可幫助實(shí)現(xiàn)ISO 26262 ASIL-D認(rèn)證。 另外，MCP577xK MCU還具有一些其它的關(guān)鍵安全特性，如在線邏輯內(nèi)置自檢(LBIST)、存儲(chǔ)器內(nèi)置自檢(MBIST)、端到端糾錯(cuò)碼(ECC)、時(shí)鐘和發(fā)電監(jiān)視器和故障處理模塊等，可幫助客戶(hù)獲得ASIL-D認(rèn)證。
圖2：Qorivva MPC577xK MCU框圖 高性能且可擴(kuò)展至多通道 MRD2001 77GHz 雷達(dá)收發(fā)器芯片組是面向汽車(chē)?yán)走_(dá)模塊的可擴(kuò)展、高性能三封裝解決方案。該芯片組由一個(gè)VCO、一個(gè)2通道Tx發(fā)射器和一個(gè)3通道RX接收器組成。這三部分都采用500um間距、 6mmx6mm扇出型晶圓級(jí)封裝 。該封裝技術(shù)是77GHz雷達(dá)應(yīng)用的理想選擇，因其在頻率高達(dá)100GHz時(shí)，具有極低的插損和寄生效應(yīng)。另外，由于無(wú)需為裸片采用芯片和布線裝配技術(shù)，因此經(jīng)過(guò)封裝的芯片組簡(jiǎn)化了最終用戶(hù)的雷達(dá)模塊裝配。芯片組可以隨時(shí)擴(kuò)展至4個(gè)TX信道和12個(gè)RX信道，使單一的雷達(dá)平臺(tái)能夠在寬視域內(nèi)控制電子束，支持低中高及豪華汽車(chē)的長(zhǎng)距離、中距離和短距離雷達(dá)應(yīng)用。 與此同時(shí)，系統(tǒng)可擴(kuò)展至4個(gè)TX通道和12個(gè)RX通道，都有激活通道，可使單個(gè)平臺(tái)在更寬的探測(cè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)電子束控制；高級(jí)封裝技術(shù)可確保用戶(hù)PCB上的最高性能和最低信號(hào)干擾；低功耗，完整功能的收發(fā)器典型功耗為2.5W；支持100MHz/100ns的快速調(diào)制；在1MHz偏移 時(shí)，具備小于-93dBc/Hz的最佳相位噪聲，用于改進(jìn)目標(biāo)分離；集成式基帶濾波器和VGA可節(jié)省系統(tǒng)物料成本；38GHz本地振蕩器可減少電路損耗并降低系統(tǒng)干擾；發(fā)射器芯片上的雙相調(diào)制器可拒絕寄生信號(hào)。 MRD2001雷達(dá)收發(fā)器芯片組采用高級(jí)封裝技術(shù)，可提供優(yōu)異的熱性能和電氣性能。該封裝符合嚴(yán)格的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，包括焊點(diǎn)可靠性、深部溫度和濕度循環(huán)，以及EMC性能，并面向主要供應(yīng)商，符合減少有害物質(zhì)(RoHS)標(biāo)準(zhǔn)。
圖3：MRD2001 77 GHz雷達(dá)收發(fā)器芯片組 支持開(kāi)環(huán)雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì) MPC577xK MCU和MRD2001 77GHz雷達(dá)收發(fā)器芯片組專(zhuān)門(mén)為支持開(kāi)環(huán)雷達(dá)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，鎖相環(huán)無(wú)需產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)(FMCW調(diào)制)，因而可以降低系統(tǒng)的總功耗。 開(kāi)環(huán)概念一般與快速線性調(diào)頻信號(hào)FMCW調(diào)制結(jié)合使用，調(diào)頻時(shí)間在10us至100us范圍內(nèi)。由于完整的雷達(dá)圖像可被更快速地捕捉，快速線性調(diào)頻信號(hào)系統(tǒng)可降低占空比，并改進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)的SNR。高基帶頻率的潛在劣勢(shì)是會(huì)促使所需的ADC采用更高的模擬帶寬和采樣率。MPC577xK MCU克服了這一潛在問(wèn)題，因?yàn)樗闪烁哌_(dá)8個(gè)??-ADC，并帶有5MHz帶寬和320 MHz的內(nèi)部采樣時(shí)鐘。 在開(kāi)環(huán)雷達(dá)系統(tǒng)中，MCU是帶有數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的線性調(diào)頻信號(hào)主機(jī)，為VCO提供調(diào)諧電壓。根據(jù)調(diào)諧電壓，VCO可生成高頻信號(hào)(LO)，驅(qū)動(dòng)不同的接收器和發(fā)射器芯片。 在常規(guī)運(yùn)行期間，系統(tǒng)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，并接收反射信號(hào)。與發(fā)射器組合的接收器作為零差系統(tǒng)，使接收信號(hào)直接降頻至基帶中。然后，基帶信號(hào)被過(guò)濾并放大(接收器芯片含有濾波器和可變?cè)鲆?a href="http://www.qingdxww.cn/keyword/放大器" target="_blank" class="relatedlink">放大器)，并輸送到MPC577xK MCU的??-ADC中。通過(guò)將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字域、使用數(shù)字波束形成方法、采用FFT和跟蹤算法，可根據(jù)距離、速度和角位置來(lái)識(shí)別目標(biāo)。 總結(jié) 隨著全球主流汽車(chē)廠商對(duì)主動(dòng)和預(yù)測(cè)安全系統(tǒng)的需求增加，半導(dǎo)體供應(yīng)商需要不斷進(jìn)行創(chuàng)新。新的解決方案必須使系統(tǒng)供應(yīng)商和 OEM廠商不僅能夠根據(jù)成本，而且還可以根據(jù)規(guī)格來(lái)優(yōu)化當(dāng)今雷達(dá)系統(tǒng)的物料成本。除了中遠(yuǎn)距離的正面雷達(dá)之外，制造商還需要結(jié)合可檢測(cè)盲點(diǎn)和側(cè)面碰撞的雷達(dá)系統(tǒng)。最新的基于雷達(dá)技術(shù)的解決方案將為新一代ADAS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員提供獨(dú)特的功能支持，幫助他們不僅能夠符合最新的行業(yè)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，而且還可以更好地保障人員生命和財(cái)產(chǎn)的安全。 |
