AWR2944P/AWR2E44P等雷達傳感器芯片詳解

在汽車雷達應用領域，高精度、高性能的傳感器是實現(xiàn)智能駕駛功能的關鍵。TI推出的AWR2944P、AWR2E44P、AWR2944 - ECO、AWR2E44 - ECO、AWR2944LC、AWR2E44LC系列單芯片76 - 81GHz FMCW汽車雷達傳感器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多工程師關注的焦點。本文就將對該系列傳感器進行全面深入的剖析，希望能為大家的設計工作帶來一些幫助。

文件下載：awr2944p.pdf

一、產品概述

這個系列的傳感器是高度集成的毫米波雷達傳感器，共包含六個變體型號。AWR2944P/AWR2E44P是高性能擴展版本，能滿足NCAP + 自動駕駛的要求；AWR2944 - ECO/AWR2E44 - ECO為主流版本；AWR2944LC/AWR2E44LC則是功能優(yōu)化的低成本版本，為客戶提供了從高性能到低成本的可擴展選擇。

二、產品特性

（一）FMCW收發(fā)器

芯片集成了PLL、發(fā)射器、接收器、基帶和ADC，覆蓋76 - 81GHz頻段，擁有5GHz可用帶寬和4個接收通道與4個發(fā)射通道。其中AWR2944P/AWR2944 - ECO/AWR2944LC采用PCB接口連接天線，而AWR2E44P/AWR2E44 - ECO/AWR2E44LC則采用Launch on Package (LOP)接口連接天線，這種設計使得信號能從芯片無損傳輸到天線，還能使用低成本的PCB材料，降低了成本。

每個發(fā)射通道都配備了相位移位器，結合分數N PLL可實現(xiàn)超精確的線性調頻脈沖。不同型號的發(fā)射功率有所不同，如AWR2944P為14dBm ，AWR2944 - ECO/AWR2944LC為13.5dBm，AWR2E44P為13.5dBm ，AWR2E44 - ECO/AWR2E44LC為12.5dBm。接收噪聲系數方面，AWR2944P為10.5dB，AWR2944 - ECO/AWR2944LC為12dB，AWR2E44P為11dB ，AWR2E44 - ECO/AWR2E44LC為12.5dB。在1MHz處的相位噪聲，VCO1為 - 96dBc/Hz（76 - 77GHz），VCO2為 - 95dBc/Hz（76 - 81GHz）。

（二）處理單元

芯片擁有強大的處理能力，包含一個運行頻率為400MHz的Arm? Cortex - R5F?內核（支持鎖步操作），以及一個運行頻率為450MHz的TI數字信號處理器C66x（AWR2944LC和AWR2E44LC除外）。此外，還有雷達硬件加速器（HWA2.1）用于FFT、對數幅度和內存壓縮等操作，多個EDMA實例用于數據移動。同時，還配備了可編程嵌入式硬件安全模塊（HSM），采用Arm? Cortex - M4內核，DSS（DSP子系統(tǒng)）中的第二個Arm? Cortex M4內核用于控制和配置HWA2.1。

（三）其他接口

該系列芯片提供了豐富的接口，方便與其他設備進行通信和連接。包括多達9個ADC通道（根據不同型號有所差異）、2個SPIs、4個UARTs、I2C、GPIOs、3個EPWMs 、4通道Aurora LVDS接口用于原始ADC數據和調試儀器（AWR2944LC和AWR2E44LC除外）、2通道CSI2 Rx用于回放捕獲的數據（AWR2944LC和AWR2E44LC除外）。片上RAM容量在3MB - 4.5MB之間，不同型號有不同的配置。主機接口方面，支持2x CAN - FD和10/100/1000Mbps以太網（AWR2944 - ECO/AWR2E44 - ECO為10/100Mbps，AWR2944LC/AWR2E44LC不支持），還支持從QSPI閃存加載用戶應用程序。

（四）安全特性

部分型號支持安全認證和加密啟動，客戶可對根密鑰、對稱密鑰（256位）、非對稱密鑰（高達RSA - 4K或ECC - 512）進行編程，并具備密鑰撤銷能力。芯片還集成了硬件加密加速器，如支持ECC的PKA、AES（高達256位）、SHA（高達512位）、TRNG/DRBG以及中國加密算法SM2、SM3、SM4等。芯片內置固件（ROM）并具備跨工藝和溫度的自校準系統(tǒng)，且符合AEC - Q100標準，能適應惡劣的汽車工作環(huán)境。

（五）高級特性

芯片具備嵌入式自監(jiān)測功能，無需外部處理器參與即可實現(xiàn)自我監(jiān)測；還具備嵌入式干擾檢測能力，能有效檢測并應對外界干擾。在電源管理方面，采用片上LDO網絡以提高電源抑制比（PSRR），LVCMOS IO支持3.3V和1.8V雙電壓。時鐘源可以使用50/40MHz晶體與內部振蕩器，也支持外部驅動的50/40MHz振蕩器或時鐘（方波或正弦波），還可使用25MHz外部時鐘以消除以太網PHY的外部晶體振蕩器。推薦使用LP87745 - Q1電源管理IC，它能滿足設備的電源需求，具有成本和空間優(yōu)化的優(yōu)點，能提供符合要求的噪聲/紋波性能，且熱耗散不會影響RF性能。

三、產品應用

該系列傳感器可廣泛應用于汽車的各種雷達系統(tǒng)。如用于角落雷達、前后雷達，為車輛提供全方位的環(huán)境感知；支持車道變更輔助、盲點檢測、自動緊急制動、自適應巡航控制、交叉交通警報等功能，提升駕駛的安全性和舒適性。

四、產品規(guī)格

（一）絕對最大額定值

在不同的電源電壓、RF輸入輸出功率、溫度等方面，芯片都有明確的絕對最大額定值限制。例如，1.2V數字電源（VDD、VDD_SRAM、VNWA）的范圍為 - 0.5V - 1.4V ，I/O電源（VIOIN）為 - 0.5V - 3.8V等。在使用過程中，必須嚴格遵守這些額定值，否則可能會對芯片造成永久性損壞。

（二）ESD額定值

芯片的靜電放電（ESD）額定值方面，人體模型（HBM）所有引腳為±2000V ，帶電器件模型（CDM）的GPADC5、GPADC6為±350V ，角落引腳為±750V ，其他所有引腳為±500V。在芯片的使用和處理過程中，要注意防靜電措施，避免因靜電放電對芯片造成損害。

（三）電源開啟時間（POH）

不同的結溫（Tj）和工作條件下，芯片的電源開啟時間（POH）有所不同。例如，在 - 40°C、50%占空比、標稱CVDD電壓為1.2V時，POH為1440小時（6%）。這些數據有助于工程師評估芯片在不同工作環(huán)境下的可靠性和使用壽命。

（四）推薦工作條件

芯片的推薦工作條件包括電源電壓范圍、輸入輸出電壓范圍、結溫范圍等。比如，1.2V數字電源的推薦范圍為1.14V - 1.26V ，結溫范圍為 - 40°C - 140°C。在設計電路時，應確保芯片在推薦工作條件下運行，以保證其性能和穩(wěn)定性。

（五）VPP規(guī)格

對于高安全（HS）設備，在編程OTP eFuses時，需要提供VPP電源。VPP在正常操作期間不應施加電壓，編程時的電壓范圍為1.65V - 1.75V ，電流最大為50mA。在進行OTP eFuses編程時，要嚴格按照這些規(guī)格進行操作，否則可能會導致芯片無法正常工作。

（六）電源規(guī)格

芯片需要四個外部電源軌供電，分別為1.8V、1.0V、3.3V（或1.8V用于1.8V I/O模式）和1.2V ，編程OTP eFuse（僅適用于安全設備）時還需要1.7V電源。不同電源軌的紋波規(guī)格有所不同，如10kHz時，1V電源的紋波要求為22μV RMS ，1.8V電源為10990μV RMS。在電源設計時，要根據這些規(guī)格進行合理的電源濾波設計，以滿足芯片對電源的要求。

（七）功耗總結

芯片在不同的工作模式和條件下，功耗有所不同。例如，在單芯片模式下，3TX、4RX，25%占空比時，平均功耗約為1.41W；4TX、4RX，50%占空比時，平均功耗約為2.21W。在進行系統(tǒng)設計時，要考慮芯片的功耗，合理設計散熱方案，以確保芯片在正常溫度范圍內工作。

（八）RF規(guī)格

不同型號的芯片在接收器和發(fā)射器的性能規(guī)格上有所差異。例如，接收器噪聲系數方面，AWR2944P為10.5dB，AWR2944 - ECO/AWR2944LC為12dB等；發(fā)射器輸出功率方面，AWR2944P為14dBm，AWR2944 - ECO/AWR2944LC為13.5dBm等。在進行RF電路設計時，要根據具體的應用需求選擇合適的型號，并進行相應的匹配和優(yōu)化設計。

（九）熱阻特性

不同型號的芯片在熱阻特性上也有所不同，如AWR2944P/AWR2944 - ECO/AWR2944LC的結到殼熱阻（RθJC）為2.8°C/W，結到板熱阻（RθJB）為3.3°C/W；AWR2E44P/AWR2E44 - ECO/AWR2E44LC的結到殼熱阻（RθJC）為2.5°C/W，結到板熱阻（RθJB）為5.0°C/W。在進行散熱設計時，要根據這些熱阻特性選擇合適的散熱方式和散熱器件。

（十）電源時序和復位時序

芯片啟動時，要求所有外部1.2V、1.8V和3.3V電壓軌以及所有SOP[4:0]線在NRESET信號釋放之前保持穩(wěn)定，以確保設備能夠成功啟動。在電路設計時，要注意電源時序和復位時序的設計，避免因時序問題導致芯片無法正常工作。

五、外設接口

（一）QSPI閃存接口

芯片包含一個用于外部閃存訪問的Quad Serial Peripheral Interface（QSPI），支持回環(huán)偏斜消除、兩個芯片選擇信號、內存映射“直接”模式和軟件觸發(fā)“間接”模式等功能。在使用QSPI接口時，要注意其輸入輸出條件、時序要求和開關特性，確保與外部閃存設備的正常通信。

（二）MibSPI接口

芯片的主子系統(tǒng)（MSS）包含兩個Multi - Buffered Serial Peripheral Interface（MIBSPI），用于與外部MCU、PMIC、EEPROM和看門狗等通信。支持16位移位寄存器、接收緩沖寄存器、8位波特時鐘發(fā)生器等功能。在使用MibSPI接口時，要根據不同的時鐘相位和極性設置，滿足其相應的時序要求。

（三）以太網接口

AWR2944LC和AWR2E44LC不支持以太網接口，其他型號集成了雙端口以太網，可通過RGMII、RMII或MII并行接口與以太網PHY進行通信，支持10/100/1000Mbps全雙工速率，還支持MDIO Clause 22和45 PHY管理接口以及IEEE 1588同步以太網。在進行以太網接口設計時，要根據不同的速率和模式，滿足其相應的時序條件和開關特性。

（四）LVDS/Aurora接口

芯片支持LVDS接口，有傳統(tǒng)LVDS模式和STM - TWP Aurora接口兩種模式，支持2數據通道LVDS接口和4通道STM - TWP - Aurora - LVDS接口。AWR2944LC和AWR2E44LC不支持Aurora LVDS接口。在使用LVDS接口時，要注意其電氣特性和時序要求，確保數據的可靠傳輸。

（五）UART接口

芯片包含四個UART接口，可用于不同的通信需求，如作為二級引導加載程序源、寄存器調試接口或一般UART通信支持。最大波特率至少為1536K波特，且UART接口可與其他I/O復用，提高了外設使用的靈活性。在使用UART接口時，要根據具體的通信需求設置合適的波特率和通信參數。

（六）I2C接口

芯片支持一個Controller/Target Inter - integrated Circuit（I2C）接口，可連接到外部PMIC或EEPROM設備。支持標準/快速模式，具有位/字節(jié)格式傳輸、7位和10位設備尋址模式等功能。但不支持高速（HS）模式、C - 總線兼容性模式和10位地址模式的組合格式。在使用I2C接口時，要注意其時序要求和電氣特性，確保與外部設備的正常通信。

（七）CAN - FD接口

芯片集成了兩個CAN - FD接口（MSS_MCANA和MSS_MCANB），支持ISO 11898 - 7協(xié)議，數據速率可達8Mbps，可用于與ECU網絡和相鄰傳感器進行通信。在使用CAN - FD接口時，要注意其動態(tài)特性和時序要求，確保數據的準確傳輸。

（八）CSI2接收器接口

AWR2944LC和AWR2E44LC不支持CSI2接收器接口，其他型號集成了一個3通道MIPI CSI2 D - PHY接收器接口，主要用于硬件在環(huán)（HIL）功能，可回放記錄的雷達數據用于開發(fā)目的。支持多種配置和數據類型，具體的可編程選項可參考設備技術參考手冊。在使用CSI2接口時，要根據其硬件特性和接口協(xié)議進行設計。

（九）ePWM模塊

芯片包含三個Enhanced Pulse - Width Modulation（ePWM）模塊，可用于生成占空比控制波形，如電源調節(jié)器、電源管理系統(tǒng)或電機控制應用。每個模塊包含兩個PWM輸出，支持多種配置模式。在使用ePWM模塊時，要根據具體的應用需求設置合適的參數和工作模式。

（十）通用輸入輸出（GPIO）

芯片的GPIO接口具有不同的開關特性，其輸出時序與負載電容有關。在使用GPIO接口時，要根據負載電容的大小和具體的應用需求，合理選擇Slew控制模式，以滿足信號的上升和下降時間要求。

六、監(jiān)測與診斷

芯片具備豐富的監(jiān)測和診斷機制，包括主子系統(tǒng)和DSP子系統(tǒng)的多個方面。例如，主子系統(tǒng)的MSS R5F核心支持鎖步操作、啟動時的LBIST和PBIST測試、內存的ECC診斷、時鐘監(jiān)測、看門狗（RTI/WDT）等；DSP子系統(tǒng)也支持啟動時的LBIST和PBIST測試、內存的奇偶校驗和ECC診斷、看門狗等。這些監(jiān)測和診斷機制有助于提高芯片的可靠性和安全性，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的故障。

七、應用與布局

（一）應用信息

該系列傳感器的主要應用驅動特性包括雷達前端和可編程MCU的集成、AWR2E44P/LC/ECO的Launch on Package（LOP）天線接口、靈活的啟動模式、硬件安全模塊以及高速以太網支持等。這些特性使其適用于汽車的各種雷達應用，如短、中、長距離雷達。

（二）參考布局

參考原理圖和電源供應信息可聯(lián)系TI代表獲取。在進行布局設計時，要充分考慮芯片的引腳分布、電源要求、信號完整性等因素，以確保芯片能夠正常工作，發(fā)揮其最佳性能。

八、設備與文檔支持

（一）設備命名規(guī)范

TI為設備的型號分配了前綴和后綴，用于表示產品的開發(fā)階段、封裝類型、溫度范圍、速度范圍等信息。例如，“X”表示實驗設備，“P”表示原型設備，無前綴表示量產版本。在選擇設備時，要根據具體的應用需求和開發(fā)階段，選擇合適的型號。

（二）工具與軟件

可通過聯(lián)系TI代表獲取設備的邊界掃描數據庫和IBIS模型，用于電路測試和仿真。這些工具和軟件有助于工程師進行電路設計和優(yōu)化，提高設計的效率和質量。

（三）文檔支持

可在ti.com上注冊接收設備文檔更新通知，及時了解產品的最新信息。文檔對于工程師了解芯片的特性、參數、使用方法等非常重要，要充分利用文檔資源進行設計和開發(fā)。

（四）支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、可靠答案和設計幫助的重要途徑。在設計過程中，如果遇到問題，可以在論壇上提問，獲取其他工程師和專家的幫助。

九、修訂歷史

文檔從