24 и 77 ГГц автомобильные радиолокационные передатчики-приемники

Если вы недавно приобрели новый автомобиль, то, скорее всего, в нем установлен по крайней мере один радарный модуль на 24 или 77 ГГц. Эти модули уже интегрированы с системами ADAS транспортного средства для обнаружения объектов, автоматического торможения и избегания столкновений. Хотя полностью функциональные автомобильные радарные модули доступны в коммерческой продаже, возможно, вы занимаетесь созданием новых модулей, которые обеспечивают более высокое разрешение, меньшие размеры и меньшее энергопотребление. Для этого требуется выбрать подходящий автомобильный радиопередатчик на 77 ГГц для вашего нового продукта.

Как работает автомобильный радар на 77 ГГц?

Системы автомобильного радара высокой частоты используют модулированные импульсы (т.е. работу в режиме FMCW), где частота, генерируемая в модуле, изменяется от низкого значения к высокому с линейной скоростью нарастания. Указано, что модулированный автомобильный радар работает в диапазоне от 76 до 81 ГГц. РЧ передатчики для автомобильного радара обычно подключаются к последовательно соединенным патч-антеннам для обеспечения направленности. Затем выходной сигнал отправляется на массив из трех передающих антенн Tx. Новые модули позволяют пользователю задавать задержку для обеспечения направленного обнаружения, что позволяет определить направление приближающихся объектов.

После отражения от дальнего объекта сигнал обнаруживается с помощью массива из четырех приемных антенн Rx, и доплеровский сдвиг измеряется путем извлечения биений частоты относительно опорного сигнала осциллятора на 77 ГГц. Значение частоты биений, фазовая задержка в разных приемных антеннах Rx и амплитуда могут быть использованы для определения направления, скорости и расстояния до дальнего объекта.

Если вы следите за рынком автомобильных радаров, то знаете, что 24 ГГц ранее была стандартной частотой для автомобильных радарных приложений. Переход на 77 ГГц был сделан по двум причинам. Во-первых, диапазон 76-81 ГГц позволяет использовать более широкий диапазон модуляции, что в конечном итоге обеспечивает большее разрешение при измерении движения другого объекта. Во-вторых, использование 77 ГГц обеспечивает большую дальность, поскольку 24 ГГц попадает в два хвоста полос поглощения для двухатомного кислорода. Это означает, что радиопередатчики автомобильного радара на 77 ГГц имеют большую используемую дистанцию, обычно превышающую 100 м.

Выбор автомобильного радиопередатчика на 24 или 77 ГГц

Эти передатчики могут обнаруживать объекты как на коротких, так и на длинных дистанциях, и ваше предпочтение может определить частоту, которую вам нужно использовать для вашего конкретного приложения. Автомобильный радар на 77 ГГц идеально подходит для обнаружения объектов на большой дистанции, что включает определение положения, скорости и направления. Устройства на 24 ГГц лучше всего подходят для краткосрочного обнаружения приближающихся препятствий.

Как только отраженный сигнал обнаружен в вашем модуле и собран с помощью вашего приемопередатчика, потребуются некоторые задачи обработки сигналов, чтобы отличить реальные цели от ложных, а также определить скорость, расстояние и направление. Некоторые из этих функций встраиваются в новые приемопередатчики, как мы увидим ниже. Выбор приемника в первую очередь будет зависеть от уровня интеграции, который вам требуется, а также от размера, требований к дальности и потребления энергии.

Infineon, BGT24ATR 24 ГГц кремний-германиевый приемопередатчик

Радиолокационный приемопередатчик BGT24ATR является одним из членов семейства радиолокационных приемопередатчиков Infineon для использования в автомобильных приложениях на 24 ГГц. Производитель осознает важность энергоэффективности в автомобильных условиях; этот приемопередатчик обладает низким энергопотреблением и использует однонаправленное питание. Этот приемопередатчик использует один чип для приемных и передающих каналов. Некоторые полезные применения этого 24 ГГц автомобильного радиолокационного приемопередатчика включают обнаружение мертвых зон, предотвращение столкновений, помощь при парковке и даже распознавание дорожных знаков.

Блок-схема радиолокационного чипсета Infineon 24 ГГц, из технического описания BGT24ATR.

24 ГГц подходит только для приложений с короткой дальностью, таких как перечисленные выше. Однако для приложений с большей дальностью, требующих высокого разрешения по позиции, скорости и направлению, лучше подходит 77 ГГц автомобильный радар, поскольку он обеспечивает необходимый более широкий диапазон чирпов.

Texas Instruments, AWR1243FBIGABLQ1

77 ГГц приемопередатчик AWR1243FBIGABLQ1 от Texas Instruments в настоящее время используется в радиолокационных модулях, которые включают внешний MCU. Пример интерфейса приложения для этого приемопередатчика показан ниже. Этот приемопередатчик может общаться с MCU через SPI, а MCU напрямую общается с физическим уровнем.

Устройство AWR1243 представляет собой самодостаточное решение на одном чипе FMCW приемопередатчика, которое упрощает реализацию датчиков автомобильного радара в диапазоне от 76 до 81 ГГц. Оно построено на низкоэнергетическом процессе RFCMOS 45 нм от TI, что позволяет монолитную реализацию системы 3TX, 4RX с встроенными PLL и АЦП. Простые изменения программной модели могут обеспечить широкий спектр реализации датчиков (короткого, среднего, длинного действия) с возможностью динамической перенастройки для реализации мультимодального датчика.

Пример схемы применения для радиопередатчика AWR1243, взятой из технического описания от TI

Texas Instruments, радиопередатчик AWR1443

Радиопередатчик AWR1443 является отличным выбором для 77 ГГц автомобильного радарного передатчика, который включает все стандартные функции для этих систем. Этот передатчик работает на частотах от 76 до 81 ГГц, что делает его подходящим для приложений радара FMCW в системах ADAS. Он включает стандартные четыре канала приема и три канала передачи, а также модулятор чирпа. Этот модуль идеален для обнаружения различных препятствий на расстояниях от 30 до 250 метров, даже при низкой видимости.

Блок-схема автомобильного радиопередатчика AWR1443 77 ГГц, из технического описания AWR1443

Эта конкретная система чрезвычайно полезна, так как включает в себя ряд важных функций обработки сигналов, интегрированных непосредственно в чип. Это отличный вариант для миниатюризированного модуля автомобильного радара 77 ГГц, так как он включает множество важных функций обработки, в конечном итоге уменьшая общий размер вашей системы.

NXP Semiconductor, TEF8102EN/N1E

Интегрированное устройство TEF8102EN/N1E подходит для автомобильных радарных приложений на частотах от 76 до 81 ГГц. Этот продукт обеспечивает 4 ГГц модуляцию чирпа в радаре FMCW, обеспечивая конкурентоспособное разрешение объектов при низком уровне шума и высокой выходной мощности. Рабочий температурный диапазон может достигать до 125 oC. При использовании мастер/слейв конфигурации для каскадирования можно ожидать различные варианты LO входа и LO выхода. Этот компонент соответствует стандарту ISO26262.

Некоторые примеры применения этого 77 ГГц автомобильного радиопередатчика включают задние и передние предупреждения о движении, помощь при парковке и предотвращение столкновений. Стоит отметить, что компонент имеет очень маленький размер. Мм-волновая передняя часть предлагает гибкое управление чирпом с полосой пропускания чирпа до 2 ГГц и три передающие цепи с фазовым управлением и стабилизацией уровня выходного сигнала, что позволяет точно определять направление:

Фаза TX сигналов может контролироваться на основе чирпа с помощью таймингового двигателя или непосредственно цифровыми I/O сигналами, подключенными к двоичным фазовым сдвигателям различных TX секций. Каждая приемная цепь содержит программируемые высокочастотные фильтры для подавления сильных низкочастотных сигналов, а также функциональность низкочастотного фильтра для подавления сигналов в полосе наложения АЦП. Источник: техническое описание TEF8102EN/N1E

Чип приемопередатчика TEF8102EN/N1E от NXP Semiconductor

Также производимый NXP, MC33MR3003AXVKR2 является будущим выпуском этого класса компонентов; компания утверждает, что этот новый приемопередатчик будет одним из лучших на рынке. NXP еще не выпустила этот компонент, но ожидается, что этот компонент и другие улучшения обеспечат большую интеграцию, чтобы конкурировать с компонентами, подобными представленному выше AWR1443.

С учетом того, что 77 ГГц автомобильные радары вскоре станут стандартным компонентом на новых автомобилях, и возможно, на новых БПЛА, вам понадобятся приемопередатчики, которые могут поддерживать эту важную технологию. Если вы ищете интегрированный приемопередатчик для автомобильного радара на 77 ГГц, попробуйте использовать наш руководство по выбору компонентов, чтобы определить лучший вариант для вашего следующего автомобильного продукта.

Если вам понравилась эта статья, убедитесь, что вы остаетесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.