探索AWR2544：汽車毫米波雷達(dá)的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)作為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的關(guān)鍵傳感器，正發(fā)揮著越來越重要的作用。今天我們要深入探討的AWR2544，就是一款專為ADAS應(yīng)用打造的單芯片76 - 81GHz FMCW雷達(dá)片上系統(tǒng)（SoC），它集成了豐富的功能，具備出色的性能，為汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。

文件下載：awr2544.pdf

一、功能特性亮點(diǎn)

1. 卓越的FMCW收發(fā)能力

AWR2544采用FMCW收發(fā)器架構(gòu)，集成了鎖相環(huán)（PLL）、發(fā)射器、接收器、基帶和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。其工作頻率覆蓋76 - 81GHz頻段，擁有超過4GHz的可用帶寬，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的距離和速度測(cè)量。同時(shí)，它配備4個(gè)接收通道和4個(gè)發(fā)射通道，并采用了Launch - on - Package（LOP）接口連接天線，每個(gè)發(fā)射通道還帶有相位移相器，可實(shí)現(xiàn)靈活的波束成形控制。

2. 精準(zhǔn)的信號(hào)處理能力

內(nèi)置的超精確線性調(diào)頻引擎基于分?jǐn)?shù)PLL，能夠生成高精度的線性調(diào)頻信號(hào)。發(fā)射功率達(dá)到+12.5dBm，接收噪聲系數(shù)為+12.5dB，在76 - 77GHz和76 - 81GHz頻段的相位噪聲分別低至-96dBc/Hz和-95dBc/Hz，保證了在復(fù)雜環(huán)境下的信號(hào)質(zhì)量。

3. 強(qiáng)大的處理核心

搭載了300MHz的Arm? Cortex - R5F?核心，支持鎖步操作，提供了可靠的計(jì)算能力。同時(shí)，配備了TI雷達(dá)硬件加速器（HWA1.5），可處理快速傅里葉變換（FFT）、干擾抑制和內(nèi)存壓縮等操作，有效減輕了主處理器的負(fù)擔(dān)，提升了系統(tǒng)的整體性能。

4. 豐富的接口資源

支持10/100/1000Mbps RGMII/RMII/MII以太網(wǎng)接口，還提供了25MHz時(shí)鐘輸出用于以太網(wǎng)PHY時(shí)鐘。此外，包含多達(dá)4個(gè)ADC通道、1個(gè)SPI接口、2個(gè)UART接口、I2C接口、通用輸入輸出（GPIOs）和3個(gè)增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制（EPWM）模塊，以及2通道LVDS接口用于原始ADC數(shù)據(jù)和調(diào)試儀器，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。

5. 出色的安全與可靠性

在安全方面，部分型號(hào)配備了可編程嵌入式硬件安全模塊（HSM），支持安全認(rèn)證和加密啟動(dòng)，用戶可編程根密鑰、對(duì)稱密鑰（256位）和非對(duì)稱密鑰（最高RSA - 4K或ECC - 512），并具備密鑰撤銷功能。同時(shí)，還集成了多種密碼硬件加速器，如支持ECC的PKA、AES（最高256位）、SHA（最高512位）和TRNG/DRBG，為系統(tǒng)安全提供了有力保障。

此外，該器件針對(duì)功能安全應(yīng)用進(jìn)行了開發(fā)，文檔支持ISO26262功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件完整性目標(biāo)可達(dá)ASIL B，并且通過了AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車級(jí)應(yīng)用環(huán)境。

6. 先進(jìn)的電源管理與低功耗設(shè)計(jì)

采用芯片內(nèi)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了電源抑制比（PSRR）。LVCMOS IO支持3.3V和1.8V雙電壓，可靈活選擇。時(shí)鐘源可采用40MHz或50MHz的晶體結(jié)合內(nèi)部振蕩器，也支持外部振蕩器或驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘。推薦使用LP8772 - Q1電源管理集成電路（PMIC），該P(yáng)MIC專為滿足器件的電源供應(yīng)要求而設(shè)計(jì)，具有靈活的映射和工廠編程配置，可支持不同的應(yīng)用場(chǎng)景，有助于實(shí)現(xiàn)低成本的硬件設(shè)計(jì)。其0.65mm間距、12.4mm × 12mm的FCCSP封裝，尺寸小巧，且能適應(yīng)汽車溫度工作范圍（-40°C至+140°C）。

二、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

AWR2544的特性使其在多種ADAS應(yīng)用中表現(xiàn)出色，具體包括：

1. 變道輔助（Lane Change Assist）

通過精確檢測(cè)車輛側(cè)后方的目標(biāo)物體，在駕駛員進(jìn)行變道操作時(shí)提供及時(shí)的警示，避免潛在的碰撞危險(xiǎn)。

2. 盲點(diǎn)檢測(cè)（Blind Spot Detection）

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛盲區(qū)內(nèi)的其他車輛或障礙物，當(dāng)有目標(biāo)進(jìn)入盲區(qū)時(shí)，向駕駛員發(fā)出提醒，增強(qiáng)行車安全性。

3. 自動(dòng)緊急制動(dòng)（Automatic Emergency Braking）

能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)量前方車輛或障礙物的距離和速度，在緊急情況下自動(dòng)觸發(fā)制動(dòng)系統(tǒng)，減少碰撞的可能性或降低碰撞的嚴(yán)重程度。

4. 自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control）

自動(dòng)調(diào)整車輛的速度，與前方車輛保持安全的跟車距離，提高駕駛的舒適性和安全性。

5. 交叉交通警報(bào)（Cross Traffic Alert）

在車輛倒車時(shí)，檢測(cè)后方交叉路口的來車情況，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，避免在倒車過程中發(fā)生碰撞。

三、與其他產(chǎn)品對(duì)比優(yōu)勢(shì)

與AWR2944、AWR2243、AWR1843等同類產(chǎn)品相比，AWR2544具有以下優(yōu)勢(shì)：

1. 獨(dú)特的LOP天線設(shè)計(jì)

具備Launch on Package（LOP）天線功能，方便直接在封裝上連接天線，簡(jiǎn)化了天線設(shè)計(jì)和布局，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

2. 更高的性能指標(biāo)

在某些關(guān)鍵性能指標(biāo)上表現(xiàn)出色，例如最大中頻（I/F）可達(dá)20MHz，最大實(shí)/復(fù)2x采樣率為45Msps，為信號(hào)處理提供了更豐富的數(shù)據(jù)，有助于提高雷達(dá)的檢測(cè)精度和分辨率。

3. 安全性能升級(jí)

部分型號(hào)配備硬件安全模塊（HSM）和安全加速器，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，滿足了汽車應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)安全和認(rèn)證的嚴(yán)格要求。

四、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源設(shè)計(jì)

AWR2544需要多個(gè)電源軌，包括1.8V、1.0V、3.3V和1.2V等。電源的穩(wěn)定性和紋波控制對(duì)器件的性能至關(guān)重要。建議使用LP8772 - Q1 PMIC，它能夠提供符合要求的電源供應(yīng)，并通過合理的濾波設(shè)計(jì)，降低電源紋波對(duì)射頻性能的影響。在設(shè)計(jì)電源時(shí)，需要注意電源的上電順序和復(fù)位時(shí)序，確保所有外部電壓軌和SOP[4:0]線在NRESET釋放之前穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)成功的設(shè)備啟動(dòng)。

2. 時(shí)鐘設(shè)計(jì)

外部晶體或時(shí)鐘源的選擇和設(shè)計(jì)對(duì)器件的性能影響很大。如果使用晶體，需要根據(jù)晶體制造商的規(guī)格選擇合適的負(fù)載電容，以滿足晶體的振蕩條件。同時(shí)，要注意晶體和相關(guān)離散組件應(yīng)盡可能靠近振蕩器的CLKP和CLKM引腳，以減少布線寄生電容的影響。若使用外部時(shí)鐘，需要滿足特定的相位噪聲要求，確保時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性。

3. 接口設(shè)計(jì)

AWR2544提供了豐富的接口，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的接口方式。例如，在使用QSPI接口進(jìn)行外部閃存訪問時(shí)，需要滿足特定的時(shí)序條件和負(fù)載要求，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。對(duì)于以太網(wǎng)接口，需要根據(jù)不同的速度模式（10Mbps/100Mbps/1Gbps），滿足相應(yīng)的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)時(shí)序要求。

五、監(jiān)測(cè)與診斷機(jī)制保障系統(tǒng)可靠性

AWR2544具備多種監(jiān)測(cè)和診斷機(jī)制，可有效提高系統(tǒng)的可靠性和安全性：

1. 主系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

包括MSS R5F核心的鎖步操作、上電時(shí)的LBIST和PBIST測(cè)試、內(nèi)存的端到端ECC校驗(yàn)、時(shí)鐘監(jiān)測(cè)、RTI/WDT看門狗、MPU內(nèi)存保護(hù)、外設(shè)SRAM的PBIST和ECC診斷、配置寄存器保護(hù)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）、MPU對(duì)內(nèi)存和DMA的訪問控制以及互連ECC保護(hù)等。這些機(jī)制可以檢測(cè)和糾正系統(tǒng)中的各種故障，確保主系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 雷達(dá)子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

雖然雷達(dá)子系統(tǒng)的內(nèi)置自測(cè)試（BIST）由TI固件處理，但它能夠定期監(jiān)測(cè)模擬/射頻功能，確保所有模擬/射頻模塊在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。

3. 錯(cuò)誤信號(hào)模塊（ESM）

該模塊用于聚合內(nèi)部監(jiān)測(cè)和診斷機(jī)制的故障指示，可對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行嚴(yán)重程度分類，并提供可編程的錯(cuò)誤響應(yīng)。用戶可以通過配置應(yīng)用代碼，啟用或屏蔽特定的錯(cuò)誤信號(hào)，以生成針對(duì)MSS R5F CPU的中斷。此外，設(shè)備還支持Nerror輸出信號(hào)，可用于外部監(jiān)測(cè)，以識(shí)別設(shè)計(jì)中的高嚴(yán)重程度故障。

六、總結(jié)與展望

AWR2544憑借其卓越的功能特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景、與同類產(chǎn)品相比的優(yōu)勢(shì)以及完善的監(jiān)測(cè)診斷機(jī)制，成為汽車毫米波雷達(dá)設(shè)計(jì)的理想選擇。對(duì)于電子工程師來說，在設(shè)計(jì)基于AWR2544的雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮其電源、時(shí)鐘和接口等關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，相信AWR2544將在未來的ADAS系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用，為汽車的智能化和安全性提供有力支持。

你在使用AWR2544進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？你認(rèn)為它在未來的汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)中還會(huì)有哪些新的應(yīng)用方向？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的想法和經(jīng)驗(yàn)！