探索 Radar Baseboard MCU7 Plus：60 GHz 雷达系统平台新选择

在当今电子科技飞速发展的时代，雷达技术的应用越来越广泛，从汽车自动驾驶到工业检测，60 GHz 雷达传感器因其高精度和高分辨率的特点备受关注。今天我们就来深入了解一下 Infineon 的 Radar Baseboard MCU7 Plus，这一 60 GHz 雷达系统平台的关键组件。

文件下载：Infineon Technologies DEMO BGT60UTR11AIP演示板.pdf

一、平台概述

1.1 60 GHz 雷达系统平台构成

60 GHz 雷达系统平台是 Infineon 60 GHz 雷达传感器的评估平台，它由“Radar Baseboard MCU7 Plus”微控制器板和 60 GHz 雷达传感器屏蔽罩组成，比如 BGT60UTR11AIP 屏蔽罩或 BGT60UTR13DAIP 屏蔽罩。在安装传感器屏蔽罩时，要注意板上和屏蔽罩上的白色圆形标记，必须将它们对齐，才能确保正确插入。

1.2 板卡概览与关键特性

“Radar Baseboard MCU7 Plus”是一块尺寸为 59.4 mm x 25.4 mm 的印刷电路板（PCB），其核心目的是为 Infineon 的 60 GHz 雷达传感器提供通用的传感器接口。下面我们来看看它的几个关键特性：

• 强大的 MCU：核心器件是 ATSAMS70Q21，一款 32 位 Arm® Cortex® - M7 微控制器，时钟频率高达 300 MHz，拥有 384 kB SRAM。它采用 3.3 V 电源供电，并且与传感器的 3.3 V 电源解耦，以减少数字信号和传感器电源之间的串扰。
• 高速 USB 接口：由于雷达数据采集会产生大量原始数据，该板卡采用了 Hi - Speed - USB 接口，数据传输速率高达 480 Mbit/s，能够为雷达数据的可视化和处理提供足够的带宽。
• 双传感器接口：具备两个雷达传感器接口，每个传感器子屏蔽罩都有一个通过 I2C 接口连接的 EEPROM，可用于存储描述符，方便固件与板卡进行通信，甚至能检测出错误插入的板卡。同时，板卡还提供了 SPI 连接、两个模数转换器（ADC）通道、一个数模转换器（DAC）通道和 10 个 GPIO 引脚，用于与雷达传感器通信。
• Arduino MKR 兼容性：支持 Arduino MKR 接口，这意味着可以方便地接入各种低成本的附加硬件进行快速原型开发，如用于原始数据存储的 SD 卡、无线通信模块等。
• RGB 状态指示灯：板上的 RGB LED 用于指示板卡的状态，启动时 LED 会闪烁，检测到雷达传感器时会闪烁绿色。

二、传感器接口详解

2.1 接口概述

传感器接口的主要通信接口是串行外设接口（SPI），由于 MCU 电源电压为 3.3 V，而传感器电源电压为 1.8 V，因此使用了电平转换器来实现不同电压电平之间的转换。除了五个 SPI 信号外，还有五个数字信号也会进行转换，包括三个屏蔽选择信号和两个中断信号。此外，连接器还提供了两个 ADC 通道、一个 DAC 通道和六个开漏输出信号，其中一个用于控制传感器屏蔽罩上的 LED。

2.2 电源设计

雷达传感器对电源电压波动非常敏感，因此低噪声电源至关重要。系统电源电路的初始阶段集成了低通滤波器，以阻止高频（HF）噪声通过 USB 电源进入电路。每个传感器还需要额外的电源电路，通过铁氧体磁珠和 LDO 来生成所需的 3.3 V 和 1.8 V 电压。如果雷达信号中出现幽灵目标，可以通过优化电源来改善性能，例如将 1.8 V LDO 的电源从 5 V 改为 3.3 V。

2.3 电平转换器

电平转换器可以由传感器电源或传感器接口的电压供电，为了减少数字信号对电源电压的干扰，电平转换器与传感器电源解耦，使用了在 MHz 范围内具有高抑制能力的铁氧体磁珠。同时，上拉和下拉电阻连接到使能和方向引脚，预设 SPI 电平转换的方向，使 MCU 为主设备，传感器为从设备。

2.4 传感器连接器

板卡有两个传感器屏蔽罩接口，分别标记为“SC1”和“SC2”，旁边有白色填充圆圈作为标记，安装传感器时要与传感器屏蔽罩上的标记对齐。使用的是 Hirose 的 DF40C - 20DS - 0.4V 连接器，为了防止连接器磨损，插拔传感器时应从长边拉动。如果传感器插入错误（旋转 180 度），MCU 可以通过检测 I2C 信号和开漏信号来判断。

2.5 电流测量

板上有七个电流传感器，用于动态监测每个电源域流入子屏蔽罩的电流，所有电流传感器都通过 I2C 总线与 MCU 通信。

三、Arduino MKR 接口

Arduino MKR 接口与 Arduino MKR 系列开发板兼容，可用于快速原型开发。该系列包括 MKR Zero（带 SD 卡插槽，可进行原始数据存储）、MKR1000（带 Wi - Fi 模块，用于无线数据传输）、MKR Vidor 4000（带 FPGA，用于并行数据处理和 SDRAM 扩展）等。除了 5 V 电源、3.3 V 电源和电压参考外，Arduino MKR 接口还包含模拟和数字接口，模拟接口有七个模拟通道，数字接口由 UART 接口、SPI 接口和七个 GPIO 引脚组成。需要注意的是，如果传感器和 Arduino MKR 连接器安装在同一侧，连接器可能会影响雷达天线，因此建议将 Arduino MKR 引脚焊接在雷达底板的底部。

四、固件分析

4.1 固件概述

“Radar Baseboard MCU7 Plus”自带默认固件，作为主机（通常是 PC）和传感器屏蔽罩之间的桥梁。该固件实现了与主机通过 USB 通信、读写传感器寄存器、通过 SPI 读取传感器数据、检测传感器屏蔽罩是否插入、读写传感器屏蔽罩上的 EEPROM 以及控制一些辅助外设等功能。目前固件未实现信号处理功能，但由于 MCU 性能强大，可根据需要添加。固件分为硬件抽象层（HAL）、驱动层、通信层和实际固件四层，便于移植到其他微控制器。

4.2 USB 通信

固件在 USB 接口上实现了通信设备类（CDC）设备，USB 接口就像一个串行端口，实现双向字节流传输。在串行数据流之上，通过在每个消息周围添加开始和结束标记实现了基于消息的协议，方便协议解码器将接收到的流拆分为各个数据包。

4.3 EEPROM 存储

EEPROM 可用于存储屏蔽罩/应用特定的数据，如天线校准数据或特定用例的设置。

4.4 RGB LED 状态指示

RGB LED 用于指示板卡的状态，在启动后和空闲时，以及活动时都有不同的闪烁模式来表示不同的状态，如无错误检测、未检测到 RF 屏蔽罩、RF 屏蔽罩方向错误等。

4.5 固件开发与调试

固件以 Atmel Studio 7 IDE 项目的形式提供，编译、烧录和调试可以直接在 IDE 中完成。板卡提供了两种调试连接器选项，用户可以根据需要选择 Tag Connect 调试器或焊接 10 针 Arm 调试连接器。

4.6 通过引导加载程序烧录

微控制器包含引导加载程序，在没有调试器的情况下，可以通过 USB 接口更新固件。需要手动激活引导加载程序，具体步骤包括断开 USB 连接、将 MCU “ERASE”引脚拉高、重新连接 USB 并释放“ERASE”引脚，进入引导加载程序模式后，可使用 SAM - BA GUI 烧录固件。

五、微控制器引脚映射

5.1 传感器接口 1

传感器接口 1 的引脚映射包括 I2C 接口的时钟和数据引脚、SPI 接口的各种引脚、ADC 和 DAC 通道引脚以及一些开漏输出引脚和电平转换器控制引脚等，不同的引脚有不同的功能和供电域。

5.2 传感器接口 2

传感器接口 2 的引脚映射与接口 1 有相似之处，也包含 I2C、SPI、ADC、DAC 等相关引脚，同时还有一些特殊的跳线引脚连接说明。

5.3 Arduino MKR 接口

Arduino MKR 接口的引脚映射涵盖了电源引脚、UART 接口引脚、SPI 接口引脚、PWM 通道引脚和模拟通道引脚等，为连接 Arduino MKR 系列开发板提供了详细的引脚信息。

5.4 其他引脚

其他引脚包括 RGB LED 的控制引脚和 LDO 的使能引脚等。

Radar Baseboard MCU7 Plus 为 60 GHz 雷达系统的开发提供了一个功能强大且灵活的平台，无论是对于初学者进行快速原型开发，还是对于专业工程师进行复杂系统设计，都具有很高的价值。你在使用类似雷达开发板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。