一、設計背景與目的

近年來，自動駕駛、ADAS（高級駕駛輔助系統）與智能交通系統對毫米波 (mmWave) 雷達傳感器的可靠性、安全性要求愈發嚴苛。雷達系統往往必須在惡劣環境（雨、霧、灰塵等）與復雜電磁干擾條件下穩定工作，同時符合汽車安全標準 (如 ASIL B / SIL 2) — 這就要求系統不僅要有高性能檢測能力，還要具備強健的“自監控與安全診斷 (self-diagnostic / monitoring)”能力。

為響應這一需求，Texas Instruments (TI) 發布了 TIDEP-01030 參考設計 —— 針對基于 TI 毫米波射頻 CMOS 技術 (RF-CMOS) 的高端角雷達 (corner radar) 應用，整合傳感器、診斷與監控機制、評估模塊 (EVM) 和軟件框架，幫助用戶快速搭建符合 ASIL B / SIL 2 要求的高可靠性毫米波雷達系統。

TIDEP-01030 的設計目標包括：

• 利用 mmWave 傳感器內置的自監控 (monitoring) 與診斷 (diagnostic) 功能，盡量減少主機 (host) 處理負載，從而提高系統整體效率與可靠性。

• 通過使用 TI 提供的安全診斷庫 (SafeTI Diagnostic Library, SDL) 對數字內核、外設、存儲器等進行診斷測試，在片上 (on-chip) 檢測系統性故障與隨機故障 (systematic & random faults)，降低系統復雜度與成本。

• 配置并啟用不同硬件元件 (射頻/RF、模擬/analog) 的監控 (monitoring) 模塊，通過固件 API 對其狀態進行周期性監控，增強系統在動態環境下的健壯性。

• 基于成熟 EVM (評估板) 硬件設計，縮短從參考設計到量產產品的開發周期，加快產品上市 (time-to-market)。

由此，TIDEP-01030 為汽車級 / 安全關鍵型毫米波雷達系統提供了一個“快速起步 + 高可靠性 + 可追溯診斷 / 監控”的設計模板。

二、系統構成與架構

2.1 核心傳感器與 SoC 結構

TIDEP-01030 基于 TI 的 77 GHz 毫米波射頻 CMOS 器件 AWR2944 (及其評估模塊 AWR2944EVM) 構建。AWR2944 將 76–81 GHz mmWave 前端 (RF + 天線 + FMCW 信號鏈)、Arm MCU (Cortex-R5F) 以及 TI DSP 內核 (C66x) 集成在單芯片中，實現高集成度的 mmWave 雷達方案。

該器件適用于角雷達 (corner radar) 應用，能夠在遠中近距離 (long / medium / short range) 提供目標檢測、跟蹤和速度 / 距離 /角度估計能力。TIDEP-01030 將這種感知能力與安全診斷 + 監控機制整合起來，使其適合安全關鍵 (safety-critical) 系統。

2.2 自監控 (Monitoring) 與診斷 (Diagnostic) 子系統

TIDEP-01030 的核心特色在于利用 AWR2944 內置硬件和固件機制實現系統性與隨機故障的檢測與監控。主要包括：

• 自檢控制器 (Self-Test Controller, STC)

• 可編程內建自檢 (Programmble Built-In Self-Test, PBIST)

• 誤碼校正 / 糾錯碼 (Error Correction Code, ECC)

• 總線安全 (Bus Safety) / 錯誤檢測 (Parity / Parity-on-Memory／Peripherals)

• RF / 模擬子系統監控 (通過 mmWaveLink API)，用于定期檢查射頻鏈路 (Tx / Rx)、天線、PLL / 合成器、ADC / DAC、模擬電路、參考時鐘等是否工作在期望參數范圍

診斷 (Diagnostic) 相關功能通過 SafeTI SDL 實現 — SDL 提供底層驅動和 API，使開發人員能方便地集成并執行診斷測試 (fault injection / fault detection)；監控 (Monitoring) 功能則通過 mmWaveLink 庫 (firmware) 啟用，由主控或 DSP 定期檢查射頻 / 模擬 / 數字子系統狀態。

2.3 EVM 硬件平臺與軟硬件集成

參考設計基于 AWR2944EVM 實現。硬件接口包括：電源管理 (PMIC)、通信接口 (如 UART／CAN／以太網等，可選)、天線 / RF 接口、調試 / 編程接口 (如 JTAG / XDS110)、以及必需的電壓軌 (供 RF、數字核、模擬、I/O 等)。

在軟件層面，參考設計提供：

• SafeTI SDL 庫，用于診斷測試

• mmWaveLink Monitoring APIs，用于 RF / 模擬監控配置與數據獲取

• 示例應用 (reference application)，實現診斷 + 監控流程、錯誤報告 (error reporting)、狀態日志 (status report)、與主機 (PC / 主控) 的通信 (如 UART)

• 啟動 (boot) 流程包括 Secondary Bootloader (SBL)：部分具有破壞性 (destructive) 的診斷 (diagnostic) 測試在 SBL 中執行，以避免干擾主應用 (main application) 的實時運行。

因此，該設計不僅說明 “如何構建一個安全診斷 + 監控系統”，還提供了可運行、可測試、可評估的完整硬件 + 軟件基礎。

三、設計原則、工程權衡與安全考慮

在設計 TIDEP-01030 的過程中，TI 做出了一系列工程選擇和折衷 (trade-offs)，以平衡性能、可靠性、安全與開發復雜性。部分關鍵點包括：

3.1 系統性故障 vs 隨機故障覆蓋

• 通過 STC、PBIST、ECC、總線 / 存儲器校驗 (parity / ECC) 等機制覆蓋系統性故障 (systematic faults) 與隨機故障 (random faults)，提高整體安全性與穩定性。

• 診斷測試 (尤其是 destructive tests) 被規劃在引導階段 (SBL)，避免在主應用運行中造成中斷 — 這是對實時性需求與安全保障之間的折中。

3.2 RF / 模擬 / 數字子系統統一監控

• 將 RF front-end (發射 / 接收鏈路、PLL / 合成器、頻率源、天線) 與數字 / MCU / DSP 子系統通過統一監控機制 (mmWaveLink + SDL) 納入安全管理范疇，確保雷達功能與安全功能同步。

• 這種設計雖然增加了監控復雜度 (firmware + driver + hardware overhead)，但對安全關鍵應用 (如汽車主動安全) 的可靠性至關重要。

3.3 基于 EVM 的快速起步 vs 定制化設計

• 選擇使用 AWR2944EVM + TI 提供的參考軟件 + 硬件設計，可大幅縮短從概念驗證 (POC) 到產品雛形 (prototype) 的時間，便于快速驗證安全機制、監控機制與感知性能。

• 與此同時，為量產或優化設計 (bump to production) 的用戶可能需要針對車輛/應用定制 PCB / 天線 / EMI 設計，這會引入新的挑戰 (封裝、布局、認證等)。

3.4 安全等級兼容 (ASIL B / SIL 2)

• 通過內建診斷 / 監控機制 + SafeTI SDL + 參考設計流程，TIDEP-01030 本質上為實現符合 ASIL B / SIL 2 要求的毫米波雷達傳感系統提供了必要基礎。

• 但最終是否滿足汽車行業功能安全要求 (包括系統級、軟件級、硬件級) 仍依賴最終設計、架構、外圍系統 (如冗余、監控、故障處理) 的完整實現與驗證。

四、應用場景與適用性

TIDEP-01030 的設計與方案適用于多種雷達應用，尤其是在安全性與可靠性要求高的汽車 /交通 /無人駕駛場景。典型應用包括：

• 遠距離角雷達 (Long Range Corner Radar) —— 用于車速較高、高速公路場景下的盲區檢測、變道輔助、前向碰撞預警等功能。

• 中 / 短距離雷達 (Medium / Short Range Radar) —— 用于停車輔助、車輛近距障礙檢測、交叉交通警示、行人 /騎車者監測等。

• 超短距離雷達 (Ultra Short Range Radar) —— 用于對近距離障礙物、車身周圍動態物體 (如行人、騎車者) 的檢測和預警。

此外，該參考設計同樣適用于對雷達系統穩定性、功能安全 (functional safety) 要求較高的工業應用，如自動駕駛輔助、自動泊車、盲區監測、智能交通系統、機器人感知等。

五、總結與工程意義

TIDEP-01030 代表了毫米波雷達傳感系統向高安全性、高可靠性、高集成度方向發展的一個重要里程碑。其主要貢獻與意義包括：

• 提供完整、安全評估與監控機制 — 將診斷 (self-test) 與監控 (monitor) 功能內置于 mmWave 傳感器 / SoC，顯著降低主機負載，同時提高系統對故障 (systematic / random) 的可檢測性與可恢復能力。

• 加速安全關鍵雷達系統開發 — 基于 EVM + 參考設計 + 軟件庫 (SDL + mmWaveLink)，幫助工程團隊迅速構建原型，驗證安全機制 / 功能 / 性能，并縮短產品上市周期。

• 為 ASIL B / SIL 2 兼容設計提供基礎 — 尤其適合汽車前裝 (automotive OEM / Tier-1) 的安全雷達模塊設計。

• 促進毫米波傳感 + 功能安全融合 — 隨著自動駕駛與高級駕駛輔助系統 (ADAS) 的普及，僅依靠感知性能已不夠。將功能安全 (functional safety) 與感知系統結合 — 如通過 TIDEP-01030 所展示 — 是未來雷達系統發展的方向。

當然，需要注意的是：參考設計僅提供“起點 (baseline)” — 若用于量產系統，還需結合天線設計、EMC/EMI/熱設計、車輛整車安全架構、冗余機制、故障響應機制等，對系統進行全面設計與驗證。

六、建議與后續方向

基于對 TIDEP-01030 的理解，如果你打算將該參考設計用于實際項目 / 產品開發，我建議你考慮以下幾個后續步驟 / 擴展方向：

1. 審查安全需求 (Safety Requirements)

• 根據目標市場 / 法規 (例如汽車功能安全標準) 制定安全目標 (Safety Goals)、安全機制 (diagnostic, redundancy, monitoring, fault handling)

• 將參考設計 (SDL + monitoring) 與系統級安全架構 (冗余 MCU / power supply / watchdog / fail-safe logic) 結合

2. 自定義硬件設計

• 基于 AWR2944EVM 硬件方案進行定制 PCB 設計 (考慮天線布局、封裝方案、供電網絡、EMI/EMC、熱設計)

• 選擇適合應用場景 (汽車 / 工業 /機器人) 的天線與封裝

3. 軟件集成 + 測試

• 在目標平臺上集成 mmWaveLink + SDL，編寫監控 / 診斷 /故障響應代碼

• 設計并執行系統級測試 (fault injection, stress test, long-term reliability, environmental test)

4. 功能安全認證 / 驗證

• 根據 ASIL B / SIL 2 要求進行功能安全分析 (FMEA / FTA / FMEDA 等)

• 編寫安全文檔 (安全計劃、安全手冊、安全報告)

• 執行必要的安全測試 / 驗證 /認證流程

5. 性能優化 / 產品化

• 在滿足安全與穩定性的前提下，對系統進行性能、功耗、成本、尺寸等方面的優化

• 如果需要，還可以考慮冗余體系 (雙通道 / 雙雷達 / 多傳感融合) 以提升系統健壯性

結語

TIDEP-01030 不僅是一個“參考設計 (reference design)”，更是一個“入口 (on-ramp)” —— 它將 mmWave 感知能力、安全診斷機制、監控子系統、軟件框架整合成一個可落地的、符合汽車級 / 安全等級要求的設計基礎。對于希望構建高可靠性、高安全性毫米波雷達產品 (尤其是汽車 / ADAS /自動駕駛方向) 的工程團隊而言，它具有極高的參考價值。