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作者：飛思卡爾公司高級應(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，2010年，124萬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)達地區(qū)，汽車被動安全系統(tǒng)、安全帶、安全氣囊、撞擊緩沖區(qū)等已經(jīng)成為減少車主和行人死亡和嚴重損害事故發(fā)生的基本配置和措施。但即使是在世界上一些發(fā)達地區(qū)(在那里車輛變得越來越互連，并為車輛運營商提供越來越高的信息水平)，分析人士仍然認為駕駛員分心是導(dǎo)致人員死亡和嚴重損害事故發(fā)生的真正潛在因素，因此，汽車制造商需要改善車輛的自動安全系統(tǒng)，并且這一需求正逐年增加。 另一方面，當(dāng)全球汽車行業(yè)正在為車輛事故“零死亡率”的目標(biāo)努力時，消費者需求和政府立法也在驅(qū)動著汽車安全標(biāo)準的改進，主動型和預(yù)測型防碰撞安全系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車中越來越盛行起來。例如，高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的增值功能——電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和后視攝像頭，以及基于視覺的行人檢測系統(tǒng)等——正隨著微控制器和傳感器技術(shù)的進步而變得可能。此外，基于雷達技術(shù)的增強型嵌入式解決方案也可為ADAS設(shè)計人員提供互補的安全特性。 全新的雷達技術(shù)解決方案 隨著全球各國陸續(xù)近期出臺的標(biāo)準和法規(guī)，越來越多的ADAS系統(tǒng)有望在未來成為政府強制要求安裝的車輛配置系統(tǒng)，如車輛的后視攝像頭和面向商用車的高級緊急制動輔助系統(tǒng)(AEBS)等。基于雷達技術(shù)的汽車安全系統(tǒng)可實現(xiàn)盲點和側(cè)面碰撞檢測，以及中遠距離的正面雷達探測等，以實現(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門面向雷達應(yīng)用的77GHz毫米波集成式電路為例，該典型雷達模塊由發(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。芯片通過約 38 GHz的本地振蕩器(LO)信號連接，通過串行外設(shè)接口(SPI)總線可獨立控制每個芯片。主控制器和調(diào)制主機是一款帶有集成式高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADCs)的單個微控制器，并具備適當(dāng)信號處理功能，如快速 傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)。 憑借Qorivva MPC577xK MCU和MRD2001 77GHz雷達收發(fā)器芯片組，飛思卡爾推出了新一代基于嵌入式雷達的產(chǎn)品 。該雷達收發(fā)器芯片組由一個VCO(MRD2001VC)、一個2通道Tx發(fā)射器(MRD2001TX)和一個3通道RX接收器(MRD2001RX)組成，這些新產(chǎn)品為汽車設(shè)計提供了完整的嵌入式雷達系統(tǒng)。同時，該雷達技術(shù)解決方案進一步完善了現(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圖像認知處理器(ICP)系列和Qorivva MPC5604E MCU——專為高級視覺處理而設(shè)計，用于車輛和行人檢測，可滿足汽車制造商對ADAS解決方案更高的性能要求。 先進的系統(tǒng)集成性能 當(dāng)前許多雷達系統(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)濟高效的雷達系統(tǒng)，同時進一步提升系統(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，無需外部FPGA、ADC、DAC和SRAM，實現(xiàn)了更佳的成本優(yōu)勢，減少了所需組件的數(shù)量、PCB尺寸和軟件復(fù)雜性。 
圖1：雷達芯片組演變 除了兩個266 MHz e200z7處理內(nèi)核，MPC577xK MCU還采用了一個最先進的信號處理工具箱(SPT)，包含處理短、中和長距離雷達應(yīng)用采樣信號所需的硬件模塊。SPT是一款強大的處理引擎，通過特定命令驅(qū)動的指令集驅(qū)動高性能信號處理操作。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，仍可保持靈活性，控制處理流程并與其互動。系統(tǒng)優(yōu)勢還包括：易于使用的MCU，帶有集成式FFT加速器；大密度存儲器支持可擴展的雷達應(yīng)用；支持開環(huán)和鎖相環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)計的靈活性；可控的功耗，可提高效率；幫助系統(tǒng)制造商滿足功能安全 ISO 26262 ASIL-D目標(biāo)。 在安全特性方面，作為飛思卡爾SafeAssure 項目的一部分，MCP577xK MCU采用兩個高性能功率Architecture e200z7內(nèi)核，以實現(xiàn)信號處理，并可幫助汽車制造商實現(xiàn)最低的ISO 26262汽車安全完整性等級-B(ASIL-B)。除了滿足汽車功能安全應(yīng)用的要求，鎖步配置中采用了兩個e200z4 內(nèi)核，專門為滿足決策和關(guān)鍵安全需求而設(shè)計，可幫助實現(xiàn)ISO 26262 ASIL-D認證。 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)、存儲器內(nèi)置自檢(MBIST)、端到端糾錯碼(ECC)、時鐘和發(fā)電監(jiān)視器和故障處理模塊等，可幫助客戶獲得ASIL-D認證。
圖2：Qorivva MPC577xK MCU框圖 高性能且可擴展至多通道 MRD2001 77GHz 雷達收發(fā)器芯片組是面向汽車雷達模塊的可擴展、高性能三封裝解決方案。該芯片組由一個VCO、一個2通道Tx發(fā)射器和一個3通道RX接收器組成。這三部分都采用500um間距、 6mmx6mm扇出型晶圓級封裝 。該封裝技術(shù)是77GHz雷達應(yīng)用的理想選擇，因其在頻率高達100GHz時，具有極低的插損和寄生效應(yīng)。另外，由于無需為裸片采用芯片和布線裝配技術(shù)，因此經(jīng)過封裝的芯片組簡化了最終用戶的雷達模塊裝配。芯片組可以隨時擴展至4個TX信道和12個RX信道，使單一的雷達平臺能夠在寬視域內(nèi)控制電子束，支持低中高及豪華汽車的長距離、中距離和短距離雷達應(yīng)用。 與此同時，系統(tǒng)可擴展至4個TX通道和12個RX通道，都有激活通道，可使單個平臺在更寬的探測區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)電子束控制；高級封裝技術(shù)可確保用戶PCB上的最高性能和最低信號干擾；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，具備小于-93dBc/Hz的最佳相位噪聲，用于改進目標(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。 MRD2001雷達收發(fā)器芯片組采用高級封裝技術(shù)，可提供優(yōu)異的熱性能和電氣性能。該封裝符合嚴格的汽車標(biāo)準，包括焊點可靠性、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。
圖3：MRD2001 77 GHz雷達收發(fā)器芯片組 支持開環(huán)雷達系統(tǒng)設(shè)計 MPC577xK MCU和MRD2001 77GHz雷達收發(fā)器芯片組專門為支持開環(huán)雷達系統(tǒng)而設(shè)計。在該系統(tǒng)中，鎖相環(huán)無需產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(FMCW調(diào)制)，因而可以降低系統(tǒng)的總功耗。 開環(huán)概念一般與快速線性調(diào)頻信號FMCW調(diào)制結(jié)合使用，調(diào)頻時間在10us至100us范圍內(nèi)。由于完整的雷達圖像可被更快速地捕捉，快速線性調(diào)頻信號系統(tǒng)可降低占空比，并改進雷達系統(tǒng)的SNR。高基帶頻率的潛在劣勢是會促使所需的ADC采用更高的模擬帶寬和采樣率。MPC577xK MCU克服了這一潛在問題，因為它集成了高達8個??-ADC，并帶有5MHz帶寬和320 MHz的內(nèi)部采樣時鐘。 在開環(huán)雷達系統(tǒng)中，MCU是帶有數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的線性調(diào)頻信號主機，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(LO)，驅(qū)動不同的接收器和發(fā)射器芯片。 在常規(guī)運行期間，系統(tǒng)發(fā)射線性調(diào)頻信號，并接收反射信號。與發(fā)射器組合的接收器作為零差系統(tǒng)，使接收信號直接降頻至基帶中。然后，基帶信號被過濾并放大(接收器芯片含有濾波器和可變增益放大器)，并輸送到MPC577xK MCU的??-ADC中。通過將基帶信號轉(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、速度和角位置來識別目標(biāo)。 總結(jié) 隨著全球主流汽車廠商對主動和預(yù)測安全系統(tǒng)的需求增加，半導(dǎo)體供應(yīng)商需要不斷進行創(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)格來優(yōu)化當(dāng)今雷達系統(tǒng)的物料成本。除了中遠距離的正面雷達之外，制造商還需要結(jié)合可檢測盲點和側(cè)面碰撞的雷達系統(tǒng)。最新的基于雷達技術(shù)的解決方案將為新一代ADAS系統(tǒng)的開發(fā)人員提供獨特的功能支持，幫助他們不僅能夠符合最新的行業(yè)監(jiān)管標(biāo)準，而且還可以更好地保障人員生命和財產(chǎn)的安全。 |
