深度解析 AWR6443 和 AWR6843 毫米波傳感器芯片

在如今的汽車電子和工業(yè)傳感領(lǐng)域，毫米波傳感器憑借其高精度、高可靠性等優(yōu)勢，成為了眾多應(yīng)用的核心組件。TI 推出的 AWR6443 和 AWR6843 單芯片 60 - 64GHz 毫米波傳感器，就是這類產(chǎn)品中的佼佼者。今天我們就來深入了解一下這兩款芯片。

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一、AWR6443 和 AWR6843 芯片綜述

AWR6443 和 AWR6843 是基于 FMCW 雷達(dá)技術(shù)的集成單芯片毫米波傳感器，工作頻段為 60 - 64GHz。它們采用了 TI 低功耗的 45nm RFCMOS 工藝，實(shí)現(xiàn)了前所未有的高度集成，非常適合用于低功耗、自我監(jiān)測且高精度要求的汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。目前市場上有多種符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的版本，包括支持功能安全的器件和非功能安全器件。

二、芯片特性剖析

2.1 雷達(dá)前端特性

• FMCW 收發(fā)器：集成了 PLL、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、基帶和 ADC，實(shí)現(xiàn)了完整的雷達(dá)信號處理鏈路。
• 寬頻段覆蓋：提供 60 - 64GHz 的覆蓋范圍，具備 4GHz 的連續(xù)帶寬，能支持高精度的距離和速度測量。
• 多通道設(shè)計：擁有四個接收通道和三個發(fā)射通道，支持 6 位移相器，有利于實(shí)現(xiàn)角度測量和多目標(biāo)檢測。
• 高精度啁啾引擎：基于分?jǐn)?shù) N PLL，能生成精確的啁啾信號，TX 功率可達(dá) 12dBm，RX 噪聲系數(shù)為 12dB，相位噪聲在 1MHz 時為 - 93dBc/Hz。
• 內(nèi)置校準(zhǔn)與自測：具備內(nèi)置的校準(zhǔn)和自我測試功能，可確保芯片在不同環(huán)境和工作條件下的性能穩(wěn)定性。

2.2 處理與存儲能力

• 處理器配置：AWR6843 配備了 C674x DSP 用于高級信號處理，而 AWR6443 則沒有該 DSP。兩者都有基于 Arm? Cortex? - R4F 的微控制器，用于目標(biāo)檢測和接口控制。
• 內(nèi)存分布：AWR6843 擁有 1.75MB 的內(nèi)部內(nèi)存，AWR6443 為 1.4MB，不同的內(nèi)存分區(qū)滿足了程序運(yùn)行、數(shù)據(jù)存儲和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的需求。

2.3 接口與安全特性

• 豐富的接口：提供了多達(dá) 6 個 ADC 通道、2 個 SPI 端口、2 個 UART、2 個 CAN - FD 接口、I2C 和 GPIOs 等，還具備 2 通道 LVDS 接口用于原始 ADC 數(shù)據(jù)和調(diào)試儀器。
• 設(shè)備安全：部分型號支持安全認(rèn)證和加密啟動，可配置客戶根密鑰、對稱密鑰和非對稱密鑰，還配備了加密軟件加速器。
• 功能安全：符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，適用于功能安全應(yīng)用，有相關(guān)文檔支持 ISO 26262 功能安全系統(tǒng)設(shè)計，硬件完整性可達(dá) ASIL - B。

2.4 其他特性

• 電源管理：內(nèi)置 LDO 網(wǎng)絡(luò)，提高了電源抑制比，I/Os 支持 3.3V/1.8V 雙電壓。
• 時鐘源：可使用 40.0MHz 晶體搭配內(nèi)部振蕩器，也支持外部 40MHz 振蕩器或時鐘輸入。
• 易于設(shè)計：采用 0.65mm 間距、161 引腳的 10.4mm × 10.4mm 倒裝芯片 BGA 封裝，便于組裝和低成本 PCB 設(shè)計。
• 工作溫度范圍：結(jié)溫范圍為 - 40°C 至 125°C，能適應(yīng)較惡劣的工作環(huán)境。

三、應(yīng)用場景分析

3.1 車內(nèi)感知應(yīng)用

• 兒童存在檢測：通過毫米波傳感器的高精度檢測能力，能夠準(zhǔn)確判斷車內(nèi)是否有兒童存在，提高乘車安全性。
• 乘員檢測：可以檢測車內(nèi)座位的占用情況，為車輛的安全系統(tǒng)和舒適性系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。
• 安全帶提醒：結(jié)合傳感器對座位占用情況的檢測，判斷乘客是否系好安全帶，并及時發(fā)出提醒。
• 駕駛員生命體征監(jiān)測：監(jiān)測駕駛員的呼吸、心跳等生命體征，有助于預(yù)防疲勞駕駛和突發(fā)健康問題。

3.2 其他應(yīng)用

• 踢腿傳感器/訪問傳感器：可用于車輛的智能開門系統(tǒng)，通過檢測踢腿動作實(shí)現(xiàn)無鑰匙進(jìn)入。
• 入侵者檢測：在車輛停放時，檢測是否有非法入侵者進(jìn)入車輛附近。
• 基于手勢的人機(jī)界面：實(shí)現(xiàn)通過手勢控制車輛的某些功能，如調(diào)節(jié)音量、切換音樂等，提升用戶體驗(yàn)。

四、芯片對比

4.1 與其他型號對比

文檔中給出了 AWR6843AOP、AWR1843AOP、AWR1843、AWR1642、AWR1443、AWRL6432 和 AWRL1432 等型號的對比。AWR6443 和 AWR6843 在 RF 頻率范圍、天線配置、內(nèi)存容量等方面與其他型號存在差異。例如，AWR6443 和 AWR6843 的 RF 頻率范圍為 60 - 64GHz，而 AWR1843 等型號為 76 - 81GHz。

4.2 AWR6443 與 AWR6843 差異

兩者的主要差異在于 AWR6843 配備了 C674x DSP 用于高級信號處理，而 AWR6443 沒有，這使得 AWR6843 在處理復(fù)雜信號和算法時具有更強(qiáng)的能力。同時，兩者的內(nèi)部內(nèi)存分布也有所不同。

五、引腳與信號說明

5.1 引腳圖

芯片采用 161 引腳的 FCBGA 封裝，文檔中提供了詳細(xì)的引腳圖，包括整體引腳位置和四個象限的拆分圖，方便工程師進(jìn)行 PCB 設(shè)計和布局。

5.2 信號描述

詳細(xì)說明了各種信號的名稱、引腳類型、描述和球號，包括數(shù)字信號和模擬信號。例如，數(shù)字信號中的 CAN1_FD_RX、CAN1_FD_TX 用于 CAN - FD 通信，模擬信號中的 TX1、TX2、TX3 為發(fā)射機(jī)輸出。同時還給出了一些注意事項(xiàng)，如非故障安全引腳的使用和 GPIO 狀態(tài)的處理。

5.3 引腳屬性

文檔提供了引腳屬性表，包括球號、球名、信號名、引腳控制地址、模式、類型、球復(fù)位狀態(tài)和上下拉類型等信息，有助于工程師進(jìn)行引腳配置和功能選擇。

5.4 寄存器映射

介紹了 PAD IO 控制寄存器和寄存器位描述，工程師可以通過配置這些寄存器來實(shí)現(xiàn)不同的引腳功能和信號特性。

六、規(guī)格參數(shù)詳解

6.1 絕對最大額定值

規(guī)定了芯片在各種電源電壓、輸入輸出電壓、工作溫度和存儲溫度等方面的絕對最大額定值，使用時必須嚴(yán)格遵守這些參數(shù)，以避免芯片損壞。

6.2 ESD ratings

給出了芯片的靜電放電（ESD）額定值，包括人體模型（HBM）和充電設(shè)備模型（CDM），這對于保證芯片在使用和運(yùn)輸過程中的可靠性非常重要。

6.3 功率 - 小時（POH）

說明了不同結(jié)溫下芯片的功率 - 小時數(shù)，這些數(shù)據(jù)是在特定條件下（使用默認(rèn)固件增益表的最大 Tx 輸出功率設(shè)置）得到的，為芯片的長期可靠性評估提供了參考。

6.4 推薦工作條件

詳細(xì)列出了芯片在各種電源電壓、輸入輸出電壓、時鐘頻率等方面的推薦工作條件，按照這些條件使用芯片可以確保其性能和穩(wěn)定性。

6.5 VPP 規(guī)格

對于支持一次性可編程（OTP）eFuses 的認(rèn)證啟動設(shè)備，規(guī)定了編程時的 VPP 電源供應(yīng)條件和硬件要求，同時提醒了使用 eFuse 可能對硬件保修的影響。

6.6 電源供應(yīng)規(guī)格

介紹了芯片的四個電源供應(yīng)軌，包括 1.8V、1.3V（或 1V 內(nèi)部 LDO 旁路模式）、3.3V（或 1.8V）和 1.2V，以及各軌的供電對象和相關(guān)引腳。同時給出了電源紋波規(guī)格，以滿足 RX 的目標(biāo)雜散電平要求。

6.7 功耗總結(jié)

包括最大電流額定值和平均功耗，在不同的工作模式和配置下，芯片的功耗有所不同，這些數(shù)據(jù)對于電源設(shè)計和系統(tǒng)功耗優(yōu)化非常重要。

6.8 節(jié)能模式

支持 RF 功率下降狀態(tài)和 APLL 功率下降狀態(tài)，文檔給出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的節(jié)能模式，以降低芯片功耗。

6.9 RF 規(guī)格

詳細(xì)描述了接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的各項(xiàng) RF 性能參數(shù)，如噪聲系數(shù)、1 - dB 壓縮點(diǎn)、最大增益、增益范圍、IF 帶寬、ADC 采樣率等，這些參數(shù)是評估芯片雷達(dá)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

6.10 CPU 規(guī)格

雖然文檔中給出的 CPU 規(guī)格部分信息不完整，但說明了 DSP 子系統(tǒng)和主子系統(tǒng)的相關(guān)信息，工程師可以參考這些信息進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計和算法實(shí)現(xiàn)。

6.11 熱阻特性

提供了 FCBGA 封裝的熱阻特性數(shù)據(jù)，包括結(jié) - 殼、結(jié) - 板、結(jié) - 自由空氣和結(jié) - 移動空氣等熱阻參數(shù)，對于芯片的散熱設(shè)計和熱管理具有重要意義。

6.12 時序和開關(guān)特性

• 電源供應(yīng)排序和復(fù)位時序：給出了設(shè)備喚醒序列的邏輯圖，規(guī)定了外部電壓軌的穩(wěn)定要求和復(fù)位信號的時序，確保芯片正常啟動。
• 輸入時鐘和振蕩器：介紹了芯片的時鐘源要求，包括晶體和外部時鐘的電氣特性，以及時鐘配置和相關(guān)計算公式，對于時鐘電路的設(shè)計非常關(guān)鍵。
• 多緩沖/標(biāo)準(zhǔn)串行外圍接口（MibSPI）：詳細(xì)描述了 MibSPI 的功能、RAM 組織、時序條件和控制模式切換參數(shù)，為 SPI 通信接口的設(shè)計提供了依據(jù)。
• LVDS 接口配置：說明了 LVDS 接口的配置和支持的數(shù)據(jù)速率，以及接口的電氣特性和時序要求，用于調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸。
• 通用輸入/輸出（GPIO）：給出了 GPIO 輸出時序與負(fù)載電容的切換特性，工程師可以根據(jù)負(fù)載情況選擇合適的驅(qū)動強(qiáng)度和時序參數(shù)。
• 控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) - 靈活數(shù)據(jù)速率（CAN - FD）：介紹了芯片集成的兩個 CAN - FD 接口的功能、特性和動態(tài)性能，適用于汽車網(wǎng)絡(luò)通信。
• 串行通信接口（SCI）：說明了 SCI 的功能和時序要求，支持標(biāo)準(zhǔn) UART 通信。
• 集成電路接口（I2C）：描述了 I2C 模塊的功能、特性和時序要求，符合 Philips I2C 總線規(guī)范。
• 四串行外圍接口（QSPI）：介紹了 QSPI 模塊的功能、特性、時序條件和輸入/輸出時序要求，主要用于從四 - SPI 閃存存儲器快速啟動。
• ETM 跟蹤接口：給出了 ETM 跟蹤接口的時序條件和開關(guān)特性，用于芯片的調(diào)試和跟蹤。
• 數(shù)據(jù)修改模塊（DMM）：介紹了 DMM 的功能和時序要求，可用于向設(shè)備內(nèi)存寫入外部數(shù)據(jù)。
• JTAG 接口：說明了 JTAG 接口的時序條件和相關(guān)參數(shù)，用于芯片的調(diào)試和測試。

七、詳細(xì)描述

7.1 概述

AWR6843 適用于對內(nèi)存、處理能力和應(yīng)用代碼大小要求適中的雷達(dá)應(yīng)用，如汽車兒童存在檢測、乘員檢測等。同時，它也可以與低端外部 MCU 配合，處理更復(fù)雜的應(yīng)用。

7.2 功能框圖

展示了芯片的功能模塊組成，包括串行閃存接口、Cortex R4F 處理器、IF ADC、雷達(dá)硬件加速器、DSP 子系統(tǒng)等，有助于工程師理解芯片的內(nèi)部架構(gòu)和工作原理。

7.3 子系統(tǒng)分析

• RF 和模擬子系統(tǒng)：包含了射頻和模擬電路，如合成器、PA、LNA、混頻器、IF 和 ADC 等。三個發(fā)射通道在 1.3V 模式下最多可同時運(yùn)行兩個，在 1V LDO 旁路和 PA LDO 禁用模式下可同時運(yùn)行三個。
• 時鐘子系統(tǒng)：由 40 - MHz 晶體輸入產(chǎn)生 60 - 64GHz 頻率，具有內(nèi)置振蕩器、清理 PLL 和 RF 合成器電路，還能為處理器提供參考時鐘，并具備晶體檢測和時鐘質(zhì)量監(jiān)測機(jī)制。
• 發(fā)射子系統(tǒng)：由三個并行發(fā)射鏈組成，支持 6 位線性相位調(diào)制和可編程功率回退，可用于 MIMO 雷達(dá)。
• 接收子系統(tǒng)：包含四個并行通道，采用復(fù)雜基帶架構(gòu)，支持復(fù)數(shù) I 和 Q 輸出，適用于快速啁啾系統(tǒng)。
• 處理器子系統(tǒng)：包括客戶可編程的 DSP 子系統(tǒng)和主子系統(tǒng)。DSP 子系統(tǒng)包含 C674x DSP、硬件加速器和相關(guān)內(nèi)存，主子系統(tǒng)包含 Cortex - R4F 處理器和各種外設(shè)。
• 汽車接口：通過 2 個 CAN - FD 模塊與汽車網(wǎng)絡(luò)通信。
• 主機(jī)接口：可通過 SPI、UART 或 CAN - FD 接口與主機(jī)雷達(dá)處理器通信，提供參考時鐘、控制、復(fù)位、中斷和錯誤信號。
• 主子系統(tǒng) Cortex - R4F：運(yùn)行用戶應(yīng)用程序，控制設(shè)備的整體操作和雷達(dá)信號處理。
• DSP 子系統(tǒng)：包含 TI 的 TMS320C674x 模塊和內(nèi)部內(nèi)存，可用于高級信號處理。
• 硬件加速器：用于卸載 FMCW 雷達(dá)信號處理中的常用計算任務(wù)，提高處理效率。

  7.4 其他子系統(tǒng)

• ADC 通道：可用于用戶應(yīng)用的外部電壓測量，由 BIST 子系統(tǒng)控制，通過 API 進(jìn)行配置和訪問。

  7.5 啟動模式

  芯片的啟動模式由“Sense on Power”（SOP）引腳配置，包括功能模式、閃存模式和調(diào)試模式。不同模式下，芯片的啟動流程和操作不同。

八、監(jiān)測與診斷

8.1 監(jiān)測與診斷機(jī)制

文檔列出了功能安全符合器件的主要監(jiān)測和診斷機(jī)制，包括硬件邏輯 BIST（LBIST）、可編程內(nèi)存 BIST（PBIST）、ECC 診斷、時鐘監(jiān)測、看門狗、MPU 等，這些機(jī)制可以提高芯片的可靠性和安全性。

8.2 錯誤信號模塊

芯片的架構(gòu)提供了錯誤信號模塊（ESM），用于聚合內(nèi)部診斷機(jī)制的故障指示，對錯誤進(jìn)行分級并提供可編程的錯誤響應(yīng)。

九、應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)與布局

9.1 應(yīng)用信息

應(yīng)用信息可在 AWR 應(yīng)用網(wǎng)頁上查找，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的應(yīng)用場景和配置。

9.2 參考原理圖

最新的硬件設(shè)計信息可在設(shè)備產(chǎn)品頁面的設(shè)計套件中查找，包括設(shè)計文件、原理圖、布局和 PCB 堆疊等，為工程師的設(shè)計提供了參考。

十、設(shè)備與文檔支持

10.1 設(shè)備命名規(guī)則

TI 為設(shè)備和支持工具分配了前綴和后綴，用于表示產(chǎn)品的開發(fā)階段和特性。工程師在選擇和使用設(shè)備時，需要了解這些命名規(guī)則。

10.2 工具與軟件

提供了 xWR6843 的 BSDL 模型、IBIS 模型和原理圖/布局/喚醒檢查清單等工具和軟件，幫助工程師進(jìn)行電路設(shè)計、仿真和調(diào)試。

10.3 文檔支持

可以通過 ti.com 上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾注冊接收文檔更新通知，還提供了設(shè)備勘誤表等文檔，用于解決已知問題和了解注意事項(xiàng)。

10.4 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速答案和設(shè)計幫助的重要渠道。

10.5 商標(biāo)說明

介紹了相關(guān)商標(biāo)的歸屬，避免知識產(chǎn)權(quán)糾紛。

10.6 靜電放電注意事項(xiàng)

提醒工程師在處理芯片時要注意靜電放電問題，防止芯片損壞。

10.7 術(shù)語表

提供了 TI 術(shù)語表，幫助工程師理解文檔中使用的術(shù)語和縮寫。

十一、機(jī)械、封裝與訂購信息

11.1 封裝信息

文檔提供了 ABL0161 封裝的機(jī)械尺寸圖、示例電路板布局和示例鋼網(wǎng)設(shè)計，為 PCB 設(shè)計和生產(chǎn)提供了詳細(xì)的參考。

11.2 托盤信息

對于采用托盤包裝的器件，給出了托盤的尺寸和相關(guān)參數(shù)，以及不同型號的托盤包裝信息。

綜上所述，AWR6443 和 AWR6843 芯片在汽車電子和工業(yè)傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過深入了解芯片的特性、規(guī)格、應(yīng)用和支持信息，工程師可以更好地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性的毫米波傳感器應(yīng)用。希望本文能對大家在使用這兩款芯片時有所幫助，如果你在設(shè)計過程中遇到任何問題，歡迎在評論區(qū)留言交流。