24 GHz および 77 GHz 自動車用レーダートランシーバ

最近新車を購入した場合、少なくとも1つの24GHzまたは77GHzレーダーモジュールが含まれている可能性が高いです。これらのモジュールは、物体検出、自動ブレーキ、衝突回避のために車両のADASシステムと既に統合されています。完全に機能する自動車用レーダーモジュールは市販されていますが、解像度が高く、フットプリントが小さく、消費電力が低い新しいモジュールを作成するビジネスに携わっているかもしれません。これには、新製品に適した77GHz自動車用レーダートランシーバーを選択することが必要です。

77GHz自動車用レーダーはどのように機能するのか？

高周波数の自動車用レーダーシステムは、チャープパルス（つまり、FMCW動作）を使用します。ここで、モジュールで生成される周波数は、低い値から高い値まで線形のランプレートで変化します。チャープされた自動車用レーダーは、76GHzから81GHzで動作するように指定されています。自動車用レーダーのRFトランシーバーは通常、方向性を提供するためにシリーズフェッドパッチアンテナアレイに接続されます。その後、出力信号は3つのTxアンテナのアレイに送信されます。新しいモジュールでは、ユーザーが遅延を指定して方向検出を可能にし、迎える物体の進行方向を決定できます。

遠くの物体から反射された信号は、4つのRxアンテナのアレイで検出され、77GHzの基準発振器信号に対するビート周波数を抽出することによってドップラーシフトが測定されます。ビート周波数値、異なるRxアンテナの位相遅延、および振幅はすべて、遠くの物体までの進行方向、速度、および距離を抽出するために使用できます。

自動車用レーダー市場に注意を払っている場合、24GHzが自動車用レーダーアプリケーションに使用される標準周波数であったことを知っているでしょう。77GHzに移行したのは2つの理由からです。第一に、76GHzから81GHzの帯域はより広いチャープ範囲を許容し、他の物体の動きを測定する際に最終的により大きな解像度を提供します。第二に、77GHzを使用すると、24GHzはたまたま二原子酸素の2つの吸収帯の尾部に当たるため、より長い範囲が提供されます。これは、77GHz自動車用レーダートランシーバーが通常100mを超える使用可能距離を持つことを意味します。

24GHzまたは77GHz自動車用レーダートランシーバーの選択

これらのトランシーバーは、短距離および長距離の両方で物体を検出でき、あなたの好みが特定のアプリケーションに必要な周波数を決定するかもしれません。77GHz自動車用レーダーは、位置、速度、および進行方向の決定を含む長距離での物体検出に理想的です。24GHzユニットは、近づいてくる障害物の短距離検出に最適です。

モジュールで反射信号が検出され、トランシーバーで収集された後、実際の車両を偽のターゲットから区別し、速度、距離、進行方向を決定するために必要ないくつかの信号処理作業があります。これらの機能のいくつかは、以下で見るように、新しいトランシーバーに組み込まれています。選択する受信機は、主に必要な統合レベル、フットプリント、範囲要件、および消費電力に依存します。

インフィニオン、BGT24ATR 24 GHz シリコンゲルマニウムトランシーバー

BGT24ATR レーダートランシーバーは、24 GHzで使用されるインフィニオンのレーダートランシーバーのファミリーの一員です。このメーカーは、自動車環境におけるエネルギー効率の重要性を認識しており、このトランシーバーは低消費電力を提供し、単一の電源電圧を使用します。このトランシーバーは、受信チャネルと送信チャネルのために単一のチップを使用します。この24 GHz自動車用レーダートランシーバーの有用なアプリケーションには、盲点の検出、衝突回避、駐車支援、さらには交通標識認識が含まれます。

インフィニオン 24 GHz レーダーチップセットのブロック図、BGT24ATR データシートより。

24 GHzは、上記のような短距離アプリケーションにのみ適用されます。しかし、位置、速度、進行方向の検出に高解像度が必要な長距離アプリケーションには、必要な広いチャープ範囲を提供するため、77 GHz自動車用レーダーがより良い選択肢です。

テキサス・インスツルメンツ、AWR1243FBIGABLQ1

AWR1243FBIGABLQ1 77 GHzトランシーバーは、外部MCUを組み込んだレーダーモジュールで現在使用されています。以下に示すように、このトランシーバーのアプリケーションインターフェースの例があります。このトランシーバーはSPI経由でMCUと通信し、MCUは直接PHYレイヤーと通信します。

AWR1243 デバイスは、76から81 GHzの帯域での自動車レーダーセンサーの実装を簡素化する自己完結型のFMCWトランシーバーシングルチップソリューションです。これは、TIの低消費電力45-nm RFCMOSプロセスに基づいて構築されており、内蔵PLLとA2Dコンバーターを備えた3TX、4RXシステムのモノリシック実装を可能にします。シンプルなプログラミングモデルの変更により、動的再構成の可能性を持つマルチモードセンサーの実装を含む、さまざまなセンサー実装（短距離、中距離、長距離）を可能にします。

AWR1243 RFトランシーバーからの例示的なアプリケーション図、TIのデータシートより

テキサス・インスツルメンツ、AWR1443トランシーバー

AWR1443トランシーバーは、77 GHzの自動車用レーダートランシーバーに適した優れた選択肢です。このトランシーバーは76から81 GHzの周波数で動作し、ADASシステムのFMCWレーダーアプリケーションに適しています。標準の4つのRxチャネルと3つのTxチャネル、およびチャープ変調器を含んでいます。このモジュールは、低視認性でも30から250メートルの範囲で様々な障害物を感知するのに理想的です。

AWR1443 77 GHz自動車用レーダートランシーバーブロック図、AWR1443データシートより

この特定のシステムは、チップ上に直接統合された多くの重要な信号処理機能を含んでいるため非常に有用です。これは、多くの重要な処理機能を含むため、システムの全体サイズを最終的に削減することができる、ミニチュア化された77 GHz自動車用レーダーモジュールにとって素晴らしい選択肢です。

NXPセミコンダクター、TEF8102EN/N1E

TEF8102EN/N1Eは、76から81 GHzの自動車用レーダーアプリケーションに適した統合デバイスです。この製品はFMCWレーダーで4 GHzのチャープ変調を提供し、低ノイズと高出力で競争力のある物体解像度を提供します。定格動作温度範囲は最高125 oCに達することができます。マスター/スレーブ設定でカスケードを使用する場合、異なるLO inおよびLO outオプションを期待できます。このコンポーネントはISO26262標準に準拠しています。

この77 GHz自動車用レーダートランシーバーのいくつかの例示的なアプリケーションは、後方および前方の交通警告、駐車支援、および衝突回避です。コンポーネントが非常に小さなフットプリントを持っていることに注意する価値があります。mm波フロントエンド部分は、最大2 GHzのチャープ帯域幅と位相制御および出力レベルの安定化を備えた3つの送信チェーンを提供し、見出しの正確な決定を可能にします：

TX信号の位相は、タイミングエンジンによってチャープごとに制御されるか、または異なるTXセクションのバイナリ位相シフターに直接接続されたデジタルI/O信号によって制御できます。各受信チェーンには、強力な低周波信号の抑制のためのプログラマブルなハイパスフィルター、およびADCエイリアシングバンド内の信号の抑制のためのローパスフィルター機能が含まれています。出典: TEF8102EN/N1Eデータシート

NXP SemiconductorのTEF8102EN/N1Eトランシーバーチップ

NXPによって製造されたMC33MR3003AXVKR2も、このクラスのコンポーネントの将来のリリースであり、同社はこの新しいトランシーバーが最先端になると主張しています。NXPはまだこのコンポーネントをリリースしていませんが、このコンポーネントや他のアップグレードが、上記のAWR1443のようなコンポーネントと競合するためのより大きな統合を提供することを期待しています。

77 GHz自動車用レーダーが新しい車両やおそらく新しいUAVに標準搭載されるようになると、この重要な技術をサポートできるトランシーバーが必要になります。77 GHz自動車用レーダーの統合トランシーバーを探している場合は、次の自動車製品に最適なオプションを決定するために、Part Selectorガイドを使用してみてください。

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