探索 IWR6843 和 IWR6443：毫米波傳感器的卓越之選

在工業(yè)傳感器領(lǐng)域，毫米波傳感器以其高精度、高效率的特性逐漸嶄露頭角。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）推出的 IWR6843 和 IWR6443 單芯片 60 至 64GHz 毫米波傳感器，看看它們究竟有哪些獨(dú)特之處。

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產(chǎn)品特性概覽

IWR6843 和 IWR6443 集成度極高，具備 FMCW 收發(fā)器，將 PLL、發(fā)射器、接收器、基帶和 ADC 等功能模塊集于一身。其工作頻段覆蓋 60 至 64GHz，擁有 4GHz 的連續(xù)帶寬，支持 4 個(gè)接收通道和 3 個(gè)發(fā)射通道。并且，設(shè)備支持用于 TX 波束形成的 6 位移相器，以及基于分?jǐn)?shù) N PLL 的超精確線性調(diào)頻引擎。

在性能參數(shù)方面表現(xiàn)出色，發(fā)射功率達(dá)到 12dBm，接收噪聲系數(shù)為 12dB，1MHz 處的相位噪聲為 -93dBc/Hz。同時(shí)，芯片內(nèi)置校準(zhǔn)和自測試功能，擁有基于 Arm? Cortex? - R4F 的無線電控制系統(tǒng)和內(nèi)置固件（ROM），能實(shí)現(xiàn)跨工藝和溫度的自校準(zhǔn)系統(tǒng)。此外，IWR6843 還配備了用于高級信號處理的 C674x DSP，以及用于 FFT、濾波和 CFAR 處理的硬件加速器。

內(nèi)存與接口設(shè)計(jì)

這兩款設(shè)備在內(nèi)存設(shè)計(jì)上也各有特點(diǎn)。IWR6843 擁有 1.75MB 內(nèi)部內(nèi)存，具體分為 MSS 程序 RAM（512KB）、MSS 數(shù)據(jù) RAM（192KB）、DSP L1 RAM（64KB）和 L2 RAM（256KB），以及 L3 雷達(dá)數(shù)據(jù)立方體 RAM（768KB）；IWR6443 則有 1.4MB 內(nèi)部內(nèi)存，包括 MSS 程序 RAM（512KB）、MSS 數(shù)據(jù) RAM（192KB）和 L3 雷達(dá)數(shù)據(jù)立方體 RAM（768KB）。

在接口方面，用戶應(yīng)用可使用多達(dá) 6 個(gè) ADC 通道（低采樣率監(jiān)測）、2 個(gè) SPI 端口、2 個(gè) UART、1 個(gè) CAN - FD 接口、I2C、GPIOs 以及用于原始 ADC 數(shù)據(jù)和調(diào)試儀器的 2 通道 LVDS 接口。這些豐富的接口為用戶在不同應(yīng)用場景下的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。

功能安全與電源管理

值得一提的是，IWR6843 和 IWR6443 符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，專為功能安全應(yīng)用而開發(fā)，有相關(guān)文檔可輔助 IEC 61508 功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到 SIL 3 級別，硬件完整性可達(dá) SIL - 2 級別，還獲得了 TUV SUD 的 IEC 61508 認(rèn)證至 SIL 2 級別。當(dāng)然，也提供非功能安全變體選項(xiàng)。

電源管理方面，設(shè)備內(nèi)置 LDO 網(wǎng)絡(luò)以增強(qiáng) PSRR，I/O 支持 3.3V/1.8V 雙電壓。時(shí)鐘源可選擇 40.0MHz 晶體搭配內(nèi)部振蕩器，也支持 40MHz 的外部振蕩器和外部驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘（方波/正弦波）。其采用 0.65mm 間距、161 引腳、10.4mm × 10.4mm 的倒裝芯片 BGA 封裝，不僅便于組裝，還能實(shí)現(xiàn)低成本的 PCB 設(shè)計(jì)。

應(yīng)用場景廣泛

基于其出色的特性，IWR6843 和 IWR6443 的應(yīng)用場景十分廣泛?？捎糜诠I(yè)傳感器，測量距離、速度和角度；在建筑自動(dòng)化中，實(shí)現(xiàn)位移傳感、手勢識別等功能；還能應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)、交通監(jiān)控、液位傳感、安全監(jiān)控、工廠自動(dòng)化安全防護(hù)、占用檢測/人員跟蹤/人員計(jì)數(shù)以及自動(dòng)門和門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域。

技術(shù)參數(shù)詳解

電氣參數(shù)

在絕對最大額定值方面，各電源引腳有明確的電壓范圍限制。如 1.2V 數(shù)字電源（VDDIN）范圍為 - 0.5 至 1.4V，I/O 電源（VIOIN）根據(jù)不同情況有不同范圍，其中 3.3V 或 1.8V 模式下為 - 0.5 至 3.8V。ESD 評級方面，人體模型（HBM）為 ±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±500V（角引腳為 ±750V）。

電源與功耗

電源供應(yīng)方面，有 1.8V、1.3V（或 1V 內(nèi)部 LDO 旁路模式）、3.3V（或 1.8V 用于 1.8V I/O 模式）和 1.2V 四個(gè)供電軌，不同供電軌為不同的設(shè)備模塊供電。在功耗方面，不同工作模式下各電源引腳的電流消耗不同。例如，在典型供電電壓下，1.2V 軌驅(qū)動(dòng)的所有節(jié)點(diǎn)總電流最大為 1000mA，1.3V 軌（或 LDO 旁路模式下的 1V 軌）在僅使用 2 個(gè)發(fā)射器時(shí)，總電流最大為 2000mA。

RF 與 CPU 性能

RF 性能方面，接收器噪聲系數(shù)在 60 至 64GHz 頻段表現(xiàn)良好，1dB 壓縮點(diǎn)（帶外）為 - 12dBm，最大增益 48dB，增益范圍 18dB，增益步長 2dB，IF 帶寬可達(dá) 10MHz，ADC 采樣率（實(shí)/復(fù) 2x）為 25Msps，ADC 采樣率（復(fù) 1x）為 12.5Msps，ADC 分辨率為 12 位，空閑通道雜散為 - 90dBFS。發(fā)射器輸出功率為 12dBm，功率回退范圍 26dB。時(shí)鐘子系統(tǒng)頻率范圍為 60 至 64GHz，斜坡速率可達(dá) 250MHz/μs，1MHz 偏移處的相位噪聲為 - 93dBc/Hz。

CPU 性能方面，IWR6843 的 DSP 子系統(tǒng)（C674 系列）和主子系統(tǒng)（R4F 系列）各有其時(shí)鐘速度和內(nèi)存配置，不過文檔中部分具體參數(shù)未詳細(xì)給出。

熱阻與時(shí)序

熱阻特性方面，F(xiàn)CBGA 封裝（ABL0161）的 IWR6843 有不同的熱阻指標(biāo)，如結(jié)到外殼熱阻（RΘJC）為 4.92°C/W，結(jié)到板熱阻（RΘJB）為 6.57°C/W 等。在時(shí)序和開關(guān)特性方面，設(shè)備要求所有外部電壓軌在復(fù)位釋放前保持穩(wěn)定，其時(shí)鐘源可選擇 40MHz 晶體或外部振蕩器，對晶體和外部時(shí)鐘信號都有相應(yīng)的電氣特性要求。

接口特性

不同接口也有各自的特性和時(shí)序要求。例如，SPI 接口使用 TI 的 MibSPI 協(xié)議，有標(biāo)準(zhǔn)和 MibSPI 模塊的相關(guān)特性和時(shí)序參數(shù)；LVDS 接口支持多種數(shù)據(jù)速率，有特定的電氣特性和時(shí)序要求；CAN - FD 模塊支持經(jīng)典 CAN 和 CAN FD 規(guī)范，有相應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)；I2C 接口符合飛利浦 I2C 總線規(guī)范，有標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式的時(shí)序要求等。

功能模塊剖析

整體架構(gòu)

IWR6843 包含毫米波模塊和模擬基帶信號鏈，以及可編程的 MCU 和 DSP。其功能模塊可分為 RF 和模擬子系統(tǒng)、處理器子系統(tǒng)、主機(jī)接口等部分。

RF 和模擬子系統(tǒng)

RF 和模擬子系統(tǒng)涵蓋了合成器、PA、LNA、混頻器、IF 和 ADC 等電路，以及晶體振蕩器和溫度傳感器。三個(gè)發(fā)射通道在 1.3V 模式下最多可同時(shí)操作兩個(gè)，在 1V LDO 旁路和 PA LDO 禁用模式下可同時(shí)操作三個(gè)，四個(gè)接收通道可同時(shí)工作。

處理器子系統(tǒng)

處理器子系統(tǒng)包括 DSP 子系統(tǒng)（IWR6843 獨(dú)有 C674x DSP）和主子系統(tǒng)（包含 Cortex - R4F 處理器）。DSP 子系統(tǒng)用于信號處理，主子系統(tǒng)控制設(shè)備外設(shè)和日常操作。

主機(jī)接口

主機(jī)接口可通過 SPI、UART 或 CAN - FD 接口實(shí)現(xiàn)，設(shè)備與主機(jī)雷達(dá)處理器通過參考時(shí)鐘、控制、復(fù)位、主機(jī)中斷和錯(cuò)誤等接口進(jìn)行通信。

其他子系統(tǒng)

設(shè)備還包括用于用戶應(yīng)用的 ADC 通道，可測量多達(dá)六個(gè)外部電壓；有多種啟動(dòng)模式，如功能模式、閃爍模式和調(diào)試模式，不同模式通過配置“Sense on Power”（SOP）引腳實(shí)現(xiàn)。

監(jiān)測與診斷機(jī)制

對于符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，有多種監(jiān)測和診斷機(jī)制。例如，對 MSS R4F 核心和相關(guān) VIM 進(jìn)行啟動(dòng)時(shí) LBIST 測試，對 MSS R4F TCM 內(nèi)存進(jìn)行啟動(dòng)時(shí) PBIST 測試，對 MSS R4F TCM 內(nèi)存采用端到端 ECC 診斷等。這些機(jī)制有助于在設(shè)備運(yùn)行過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的故障，提高設(shè)備的可靠性和安全性。

開發(fā)支持

TI 為 IWR6843 和 IWR6443 提供了豐富的開發(fā)支持。包括不同階段的設(shè)備命名規(guī)則，如 X 表示實(shí)驗(yàn)設(shè)備，P 表示原型設(shè)備，無前綴表示量產(chǎn)版本；還提供了多種工具和軟件，如 BSDL 模型、IBIS 模型、原理圖和布局審查清單等。同時(shí)，用戶可通過 ti.com 獲取文檔更新通知，還能在 TI E2E? 支持論壇獲取設(shè)計(jì)幫助。

總的來說，IWR6843 和 IWR6443 憑借其強(qiáng)大的功能、豐富的接口、良好的性能和完善的安全機(jī)制，在工業(yè)傳感器領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競爭力。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)工業(yè)應(yīng)用時(shí)，不妨考慮這兩款出色的毫米波傳感器。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似設(shè)備的其他問題或者有獨(dú)特的使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。