一、引言：自動駕駛時代的高分辨率雷達需求

隨著 L2+、L3 級自動駕駛在乘用車上的加速部署，車輛對周圍環(huán)境的“立體感知能力”提出了更高要求。相較于傳統(tǒng) 77GHz 汽車?yán)走_，4D 成像雷達不僅需要能夠感知車輛、行人、障礙物的位置與速度，還要具備空間輪廓還原能力，從而支撐諸如：

• 高速 ACC（自適應(yīng)巡航）

• AEB（自動緊急制動）

• BSD（盲區(qū)檢測）

• 倒車輔助

• 城市 NOA（領(lǐng)航輔助）

這一趨勢推動了雷達從“目標(biāo)點檢測”走向“稀疏點云 → 稠密點云 → 類激光雷達式空間成像”。

在此背景下，Texas Instruments（TI）發(fā)布的 TIDA-020047 “雙器件毫米波級聯(lián)參考設(shè)計” 提供了一套完整、可量產(chǎn)化、工程化的 4D 成像雷達處理平臺。該設(shè)計由兩顆 AWR2243 射頻前端與一顆 AM2732R 處理器組成，通過級聯(lián)技術(shù)實現(xiàn) 48 虛擬通道、6 TX + 8 RX 陣列，具備優(yōu)越的距離、角度與速度分辨率。

本技術(shù)文章基于 PDF 文件內(nèi)容，結(jié)合工程分析重新構(gòu)建，旨在為汽車電子研發(fā)者解讀該參考設(shè)計的架構(gòu)、原理與關(guān)鍵實現(xiàn)細(xì)節(jié)。Design Guide: TIDA-020047適用于汽車 4D 成像雷達的雙器件毫米波級聯(lián)參考設(shè)計

二、系統(tǒng)總體說明：雙芯級聯(lián)形成 48 虛擬通道陣列

根據(jù) PDF 第 2 頁內(nèi)容，TIDA-020047 的核心定位是一套 76–81 GHz 高頻段成像雷達系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用：

• AWR2243 × 2：雙器件的 FMCW 雷達射頻前端

• AM2732R × 1：高性能雷達 DSP + MCU 核處理器

• 雙通道 CAN-FD 通信

• 100 Mbps 以太網(wǎng)輸出

• 低噪聲多軌電源管理網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)僅需 電池電源輸入 + CAN/FDPHY 或以太網(wǎng)輸出 即可獨立運行，非常適合裝配在車輛前保險杠、后保險杠或角落位置。

2.1 MIMO 虛擬陣列實現(xiàn)原理

PDF 第 1 頁介紹：

• 發(fā)射端：6 TX（3×2 結(jié)構(gòu)）

• 接收端：8 RX

• 通過 MIMO 技術(shù)形成 6 × 8 = 48 虛擬通道

圖 4-2（PDF 第 7 頁）展示了虛擬陣列分布，可提供：

• 約 3° 角分辨率（方位角）

• ±75° 視場（FoV）

相較于單芯方案，虛擬陣列顯著提升橫向分辨率，使車輛對前向或側(cè)向物體的形狀與分布獲得更準(zhǔn)確估計。

2.2 距離及速度性能

根據(jù) PDF 第 2 頁表格：

• 最大探測距離（汽車目標(biāo)）

• ±30°：250m

• ±75°：100m

• 距離分辨率：1.07m

• 速度分辨率：0.09m/s

• 最大速度：±45.6m/s

這些性能可覆蓋高速公路到城市工況，兼顧遠距目標(biāo)與超寬 FoV 需求。

三、系統(tǒng)方框圖分析：雷達信號鏈與通信架構(gòu)

PDF 第 3 頁的方框圖（圖 2-1）顯示了系統(tǒng)完整信號鏈。下面以工程視角解構(gòu)這一步驟。

3.1 雷達射頻與信號鏈

兩個 AWR2243 均包含：

• TX 發(fā)射鏈路（TX1/2/3）

• RX 接收鏈路（各 4 通道）

• 40 MHz 晶振輸入

• 內(nèi)置 PLL 與 FMCW 合成器

• 模擬前端 → ADC 采樣

兩個器件共用一個主器件提供的 20 GHz LO 時鐘，保持相位一致，這是級聯(lián)設(shè)計的關(guān)鍵（PDF 第 9 頁圖 5-1）。

3.2 主處理器 AM2732R 的作用

AM2732R 集成：

• Arm Cortex-R5F 核處理控制

• C66x DSP 核執(zhí)行高密度 FFT、CFAR、角度估計

• 大容量片上 RAM

• 硬件加速器（HWA）

• 安全模塊 HSM

其中 HWA 專門用于：

• 多普勒頻分多址（DDMA）

• 角度 FFT

• 數(shù)據(jù)壓縮

實現(xiàn)高吞吐量的實時點云生成。

3.3 信息輸出通路

如圖 2-1 所示：

• CAN-FD PHY（TCAN1043、TCAN1044）用于輸出對象級數(shù)據(jù)（5 Mbps）

• 以太網(wǎng) PHY（DP83TC812）支持 100 Mbps 原始數(shù)據(jù)/點云輸出

• LVDS 接口用于對接 TI 的數(shù)據(jù)采集板（如 DCA1000）

這確保系統(tǒng)同時滿足量產(chǎn)車載通信和開發(fā)調(diào)試需求。

四、電源架構(gòu)與 PMIC 管理：高頻雷達的低噪聲供電設(shè)計

毫米波雷達對電源噪聲極其敏感，尤其是 1.0V RF 電源軌。TIDA-020047 采用多級電源體系（PDF 第 3 頁）：

4.1 主輸入電源路徑

• 車載電源：12V（支持 36–42V 沖擊）

• 寬輸入降壓模塊 LM62460-Q1 → 3.3V

• PMIC LP876242-Q1 → 1.8V / 1.2V / 1.0V 多軌輸出

其中：

• 1.0V 電源軌須經(jīng)過額外濾波以滿足射頻噪聲指標(biāo)

4.2 LP876242-Q1 PMIC 安全機制（PDF 第 6 頁）

包括：

• Q&A 看門狗

• nERR_MCU 錯誤注入機制

• 電壓監(jiān)控 VMON1/2

• OV/UV 閾值通過 NVM 配置

• 支持通過 SPI 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)

可監(jiān)控 MCU 卡死、供電異常，并直接觸發(fā) SOC_nRESET 進行系統(tǒng)重啟，提高可靠性。

五、關(guān)鍵芯片深度解析

PDF 第 4–5 頁詳細(xì)介紹了關(guān)鍵芯片。下面從應(yīng)用角度解構(gòu)其作用。

5.1 AWR2243：雙芯級聯(lián)方案的核心射頻前端

特性包括：

• 76–81 GHz FMCW 收發(fā)器

• 3 TX / 4 RX 架構(gòu)

• 內(nèi)置 ADC

• PLL 可調(diào)至 20 GHz LO 輸出

• 支持 TX 相移，用于波束形成和 TX 波束控制

其 RFCMOS 工藝實現(xiàn)低功耗、低成本，并允許兩個器件通過 LO 鏈路同步，提高 MIMO 擴展能力。

5.2 AM2732R：雷達點云生成的主力處理器

集成：

• Arm R5F：控制與安全邏輯

• C66x DSP：高速距離/速度 FFT

• HWA：加速點云生成

• HSM：支持功能安全

該設(shè)計中，AM2732R 主要負(fù)責(zé)：

• 距離-多普勒處理

• 角度 FFT（方位/俯仰）

• 對象跟蹤

• 數(shù)據(jù)壓縮與封裝

• CAN/Ethernet 通信協(xié)議支持

5.3 DP83TC812-Q1：100BASE-T1 汽車以太網(wǎng) PHY

特點：

• 支持 TC10 低功耗睡眠喚醒

• 集成 ESD 監(jiān)控工具

• 支持 MII/RMII/RGMII 接口

用于高吞吐量點云數(shù)據(jù)的車規(guī)級傳輸。

5.4 TCAN1043A/1044A：雙 CAN-FD 架構(gòu)

用于向中央 ECU 輸出對象級數(shù)據(jù)（Object List）。支持：

• 8 Mbps CAN-FD

• 低功耗睡眠模式

• 喚醒控制

• ±58V 總線保護

六、級聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計原理：20GHz LO 同步與 PCB 路由

PDF 第 9 頁展示了 LO 時鐘同步機制：

• 主器件 AWR2243 生成 LO 信號

• 通過延時匹配放大器分成兩路

• 一路送至輔器件

• 一路回送主器件自身

這種環(huán)回設(shè)計使得：

• 主、輔器件兩端的 LO 路徑完全等長

• 避免相位差導(dǎo)致虛擬陣列偏移

• 提高角度估計準(zhǔn)確度

6.1 PCB 層堆疊設(shè)計（PDF 第 10 頁）

由于 77GHz 高頻特性：

• FR4 損耗太大

• 采用 Rogers RO4000? LoPro? 系列材料

• 表面更平滑，減少蝕刻誤差

• 77GHz 天線與 LO 走線位于同層，以減少過孔損耗

這是高頻雷達設(shè)計中最關(guān)鍵的硬件要點之一。

七、虛擬天線陣列與測試驗證：從圖像到數(shù)據(jù)

PDF 第 7–8 頁展示了測試過程。

7.1 虛擬陣列結(jié)構(gòu)（圖 4-2）提供 3° 分辨率

利用 6 TX × 8 RX 虛擬陣列，通過 MIMO 擴大孔徑，實現(xiàn)：

• 穩(wěn)定的 3° 水平角分辨率

• 適用于 4D 成像（方位角 + 仰角）

• 更高密度的點云信息

7.2 角度分辨率測試

• 使用兩個 10 dBsm 角反射器

• 距離 9.5 m

• 使用 512 點 FFT

• 測得峰間角度約 3.3°（接近理論值 3°）

如 PDF 圖 4-3 和圖 4-4 所示，雷達對相近目標(biāo)具有明顯可分辨性。

八、系統(tǒng)應(yīng)用與量產(chǎn)潛力

PDF 第 1 頁明確說明，該設(shè)計適用于：

• 成像雷達

• 遠距雷達

• 中短距雷達

• 角雷達

這意味著 TIDA-020047 可覆蓋汽車上多數(shù)關(guān)鍵感知位置，包括：

• 前保險杠（前視長距離雷達）

• 前角（角雷達）

• 后角（盲區(qū)雷達）

• 側(cè)向監(jiān)測（交叉交通預(yù)警）

同時基于車規(guī)級 PHY 和 PMIC，可直接用于量產(chǎn)方案開發(fā)。

九、軟件與工具支持：從開發(fā)到驗證的完整鏈路

PDF 第 12 頁列出配套工具：

9.1 mmWave Studio

用于：

• 生成 FMCW Chirp

• 配置 AWR2243

• 監(jiān)控中頻數(shù)據(jù)

• 控制天線陣列測試

9.2 Processor SDK

支持：

• AM2732 上的 TI-RTOS 或 Linux

• HWA、DSP 的驅(qū)動

• CAN 與以太網(wǎng)堆棧

• CFAR、角度 FFT、跟蹤算法示例

9.3 DCA1000 數(shù)據(jù)捕獲板

用于輸出未處理的 4 通道或 8 通道 ADC 數(shù)據(jù)，適合算法開發(fā)與高精度測試。

十、總結(jié)：一套高集成、可量產(chǎn)的 4D 成像雷達工程模板

基于 PDF 全文技術(shù)內(nèi)容，可以將 TIDA-020047 的價值總結(jié)為：

1. 完整的 4D 成像雷達系統(tǒng)架構(gòu)

• 雙 AWR2243 + AM2732R

• 高分辨率 48 虛擬通道

• 寬視場 ±75°

2. 工程實現(xiàn)細(xì)節(jié)完整

• LO 同步機制

• RF/模擬供電濾波

• PMIC 安全監(jiān)控

• 77GHz 天線 PCB 材料選擇

• 虛擬陣列路由布局

3. 通信接口豐富

• CAN-FD

• 100BASE-T1

• LVDS 原始數(shù)據(jù)

4. 支持功能安全設(shè)計

• PMIC 看門狗

• 電壓監(jiān)測

• MCU 錯誤注入機制

5. 可直接用于量產(chǎn)

• 支持車規(guī)電壓

• 抗 ESD、抗 EMI

• PCB A/B 面結(jié)構(gòu)成熟