24 und 77 GHz Automotive-Radar-Transceiver

Wenn Sie kürzlich ein neues Auto gekauft haben, dann enthält es höchstwahrscheinlich mindestens ein 24 oder 77 GHz Radar-Modul. Diese Module sind bereits in die ADAS-Systeme (Fahrerassistenzsysteme) des Fahrzeugs integriert für die Objekterkennung, automatisches Bremsen und Kollisionsvermeidung. Obwohl voll funktionsfähige Automotive-Radar-Module kommerziell erhältlich sind, könnten Sie im Geschäft sein, neuere Module zu erstellen, die eine höhere Auflösung, kleinere Baugröße und geringeren Energieverbrauch bieten. Dies erfordert die Auswahl des richtigen 77 GHz Automotive-Radar-Transceivers für Ihr neues Produkt.

Wie funktioniert 77 GHz Automotive-Radar?

Hochfrequenz-Automotive-Radarsysteme verwenden gechirpte Pulse (d.h. FMCW-Betrieb), bei denen die im Modul erzeugte Frequenz von einem niedrigen Wert auf einen hohen Wert mit einer linearen Rampenrate variiert wird. Gechirptes Automotive-Radar ist spezifiziert für den Betrieb von 76 bis 81 GHz. RF-Transceiver für Automotive-Radar sind normalerweise mit in Reihe geschalteten Patch-Antennenarrays verbunden, um Richtungseigenschaften zu bieten. Das Ausgangssignal wird dann an ein Array von drei Tx-Antennen gesendet. Neuere Module ermöglichen es dem Benutzer, eine Verzögerung zu spezifizieren, um eine Richtungserkennung zu ermöglichen, die die Bestimmung der Richtung von entgegenkommenden Objekten erlaubt.

Einmal von einem entfernten Objekt reflektiert, wird das Signal mit einem Array von vier Rx-Antennen erkannt, und die Dopplerverschiebung wird gemessen, indem die Schlagfrequenz in Bezug auf ein 77 GHz Referenzoszillatorsignal extrahiert wird. Der Wert der Schlagfrequenz, die Phasenverzögerung in verschiedenen Rx-Antennen und die Amplitude können alle verwendet werden, um Richtung, Geschwindigkeit und Entfernung zu einem entfernten Objekt zu extrahieren.

Wenn Sie dem Automotive-Radar-Markt Aufmerksamkeit geschenkt haben, dann wissen Sie, dass 24 GHz früher die Standardfrequenz für Automotive-Radar-Anwendungen war. Der Wechsel zu 77 GHz wurde aus zwei Gründen vorgenommen. Erstens ermöglicht der 76 bis 81 GHz-Band eine breitere Chirp-Reichweite, was letztendlich eine größere Auflösung bei der Messung der Bewegung eines anderen Objekts bietet. Zweitens bietet die Verwendung von 77 GHz eine längere Reichweite, da 24 GHz zufällig in zwei Absorptionsband-Schwänze für zweiatomigen Sauerstoff fallen. Das bedeutet, dass 77 GHz Automotive-Radar-Transceiver eine längere nutzbare Distanz haben, die typischerweise 100 m übersteigt.

Wahl eines 24 oder 77 GHz Automotive-Radar-Transceivers

Diese Transceiver können Objekte sowohl in kurzer als auch in langer Entfernung erkennen, und Ihre Präferenz könnte die Frequenz bestimmen, die Sie für Ihre spezielle Anwendung verwenden müssen. 77 GHz Automotive-Radar ist ideal für die Erkennung von Objekten in großer Entfernung, einschließlich Position, Geschwindigkeit und Richtungsbestimmung. 24 GHz Einheiten sind am besten für die Kurzstreckenerkennung von herannahenden Hindernissen geeignet.

Sobald ein reflektiertes Signal in Ihrem Modul erkannt und mit Ihrem Transceiver gesammelt wurde, sind einige Signalverarbeitungsaufgaben erforderlich, um echte Fahrzeuge von falschen Zielen zu unterscheiden und Geschwindigkeit, Entfernung und Richtung zu bestimmen. Einige dieser Funktionen werden in neuere Transceiver integriert, wie wir unten sehen werden. Die Wahl Ihres Empfängers hängt in erster Linie von dem Grad der Integration ab, den Sie benötigen, sowie von Größe, Reichweitenanforderungen und Stromverbrauch.

Infineon, BGT24ATR 24 GHz Silizium-Germanium-Transceiver

Der BGT24ATR Radar-Transceiver ist ein Mitglied der Familie von Radar-Transceivern von Infineon für den Einsatz in Automobilanwendungen bei 24 GHz. Dem Hersteller ist die Bedeutung der Energieeffizienz in Automobilumgebungen bewusst; dieser Transceiver bietet einen niedrigen Stromverbrauch und verwendet eine einzige Versorgungsspannung. Dieser Transceiver verwendet einen einzigen Chip für Empfangs- und Sendekanäle. Einige nützliche Anwendungen dieses 24 GHz Automobilradar-Transceivers umfassen die Erkennung von toten Winkeln, Kollisionsvermeidung, Parkassistenz und sogar Verkehrsschilderkennung.

Infineon 24 GHz Radar-Chipsatz Blockdiagramm, aus dem BGT24ATR Datenblatt.

24 GHz eignet sich nur für Anwendungen mit kürzerer Reichweite, wie die oben aufgeführten. Für Anwendungen mit längerer Reichweite, die eine hohe Auflösung bei der Erkennung von Position, Geschwindigkeit und Richtung erfordern, ist ein 77 GHz Automobilradar eine bessere Option, da es den erforderlichen breiteren Chirp-Bereich bietet.

Texas Instruments, AWR1243FBIGABLQ1

Der AWR1243FBIGABLQ1 77 GHz Transceiver von Texas Instruments wird derzeit in Radar-Modulen verwendet, die einen externen MCU integrieren. Ein Beispiel für eine Anwendungsschnittstelle für diesen Transceiver wird unten gezeigt. Dieser Transceiver kann über SPI mit einem MCU kommunizieren, und der MCU kommuniziert direkt mit der PHY-Schicht.

Das AWR1243 Gerät ist eine eigenständige FMCW-Transceiver-Ein-Chip-Lösung, die die Implementierung von Automobilradarsensoren im Band von 76 bis 81 GHz vereinfacht. Es basiert auf TIs stromsparendem 45-nm-RFCMOS-Prozess, der eine monolithische Implementierung eines 3TX, 4RX-Systems mit eingebautem PLL und A2D-Wandlern ermöglicht. Einfache Änderungen des Programmiermodells können eine Vielzahl von Sensorsystemen (kurz, mittel, lang) mit der Möglichkeit der dynamischen Rekonfiguration für die Implementierung eines Multimode-Sensors ermöglichen.

Beispielanwendungsdiagramm des AWR1243 RF-Transceivers, gefunden im Datenblatt von TI

Texas Instruments, AWR1443 Transceiver

Der AWR1443 Transceiver ist eine ausgezeichnete Option für einen 77 GHz Automobilradar-Transceiver, der alle Standardfunktionen für diese Systeme umfasst. Dieser Transceiver arbeitet in Frequenzbereichen von 76 bis 81 GHz, was ihn für FMCW-Radaranwendungen in ADAS-Systemen geeignet macht. Er beinhaltet die standardmäßigen vier Rx- und drei Tx-Kanäle sowie einen Chirp-Modulator. Dieses Modul ist ideal für die Erfassung verschiedener Hindernisse in Bereichen von 30 bis 250 Metern, selbst bei geringer Sicht.

AWR1443 77 GHz Automobilradar-Transceiver Blockdiagramm, aus dem AWR1443 Datenblatt

Dieses spezielle System ist äußerst nützlich, da es eine Reihe wichtiger Signalverarbeitungsfunktionen direkt auf dem Chip integriert. Dies ist eine großartige Option für ein miniaturisiertes 77 GHz Automobilradarmodul, da es viele wichtige Verarbeitungsfunktionen umfasst und letztendlich die Gesamtgröße Ihres Systems reduziert.

NXP Semiconductor, TEF8102EN/N1E

Der TEF8102EN/N1E ist ein integriertes Gerät, das für Automobilradaranwendungen zwischen 76 und 81 GHz geeignet ist. Dieses Produkt bietet 4 GHz Chirp-Modulation in FMCW-Radar, was eine wettbewerbsfähige Objektauflösung mit geringem Rauschen und hoher Ausgangsleistung bietet. Der bewertete Betriebstemperaturbereich kann bis zu 125 °C erreichen. Wenn Sie ein Master/Slave-Setup für das Kaskadieren verwenden, können Sie verschiedene LO in und LO out Optionen erwarten. Diese Komponente entspricht dem ISO26262-Standard.

Einige Beispielanwendungen dieses 77 GHz Automobilradar-Transceivers sind hintere und vordere Verkehrswarnungen, Parkassistenz und Kollisionsvermeidung. Es ist erwähnenswert, dass die Komponente einen sehr kleinen Fußabdruck hat. Der mm-Wellen-Frontend-Teil bietet flexible Chirp-Steuerung mit bis zu 2 GHz Chirp-Bandbreite und drei Sendeketten mit Phasensteuerung und Ausgangspegelstabilisierung, was eine genaue Bestimmung der Richtung ermöglicht:

Die Phase der TX-Signale kann auf einer Chirp-zu-Chirp-Basis durch den Timing-Motor oder durch digitale I/O-Signale gesteuert werden, die direkt mit den binären Phasenschiebern verschiedener TX-Abschnitte verbunden sind. Jede Empfangskette enthält programmierbare Hochpassfilter zur Unterdrückung starker Niederfrequenzsignale sowie Low-Pass-Filterfunktionalität zur Unterdrückung von Signalen im ADC-Aliasing-Band. Quelle: TEF8102EN/N1E Datenblatt

TEF8102EN/N1E Transceiver-Chip, von NXP Semiconductor

Ebenfalls von NXP hergestellt, ist der MC33MR3003AXVKR2 eine zukünftige Veröffentlichung dieser Bauteilklasse; das Unternehmen behauptet, dieser neuere Transceiver werde erstklassig sein. NXP hat dieses Bauteil noch nicht veröffentlicht, erwartet aber, dass dieses Bauteil und andere Verbesserungen eine größere Integration bieten werden, um mit Komponenten wie dem oben präsentierten AWR1443 zu konkurrieren.

Mit 77 GHz Automobilradar, das bald zu einer Standardkomponente in neuen Fahrzeugen und möglicherweise in neuen UAVs wird, benötigen Sie Transceiver, die diese wichtige Technologie unterstützen können. Wenn Sie nach einem integrierten Transceiver für 77 GHz Automobilradar suchen, versuchen Sie, unseren Part Selector Guide zu verwenden, um die beste Option für Ihr nächstes Automobilprodukt zu bestimmen.

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