深度解析 AWR6443 和 AWR6843 毫米波传感器芯片

在如今的汽车电子和工业传感领域，毫米波传感器凭借其高精度、高可靠性等优势，成为了众多应用的核心组件。TI 推出的 AWR6443 和 AWR6843 单芯片 60 - 64GHz 毫米波传感器，就是这类产品中的佼佼者。今天我们就来深入了解一下这两款芯片。

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一、AWR6443 和 AWR6843 芯片综述

AWR6443 和 AWR6843 是基于 FMCW 雷达技术的集成单芯片毫米波传感器，工作频段为 60 - 64GHz。它们采用了 TI 低功耗的 45nm RFCMOS 工艺，实现了前所未有的高度集成，非常适合用于低功耗、自我监测且高精度要求的汽车雷达系统。目前市场上有多种符合汽车标准的版本，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 雷达前端特性

• FMCW 收发器：集成了 PLL、发射机、接收机、基带和 ADC，实现了完整的雷达信号处理链路。
• 宽频段覆盖：提供 60 - 64GHz 的覆盖范围，具备 4GHz 的连续带宽，能支持高精度的距离和速度测量。
• 多通道设计：拥有四个接收通道和三个发射通道，支持 6 位移相器，有利于实现角度测量和多目标检测。
• 高精度啁啾引擎：基于分数 N PLL，能生成精确的啁啾信号，TX 功率可达 12dBm，RX 噪声系数为 12dB，相位噪声在 1MHz 时为 - 93dBc/Hz。
• 内置校准与自测：具备内置的校准和自我测试功能，可确保芯片在不同环境和工作条件下的性能稳定性。

2.2 处理与存储能力

• 处理器配置：AWR6843 配备了 C674x DSP 用于高级信号处理，而 AWR6443 则没有该 DSP。两者都有基于 Arm® Cortex® - R4F 的微控制器，用于目标检测和接口控制。
• 内存分布：AWR6843 拥有 1.75MB 的内部内存，AWR6443 为 1.4MB，不同的内存分区满足了程序运行、数据存储和雷达数据处理的需求。

2.3 接口与安全特性

• 丰富的接口：提供了多达 6 个 ADC 通道、2 个 SPI 端口、2 个 UART、2 个 CAN - FD 接口、I2C 和 GPIOs 等，还具备 2 通道 LVDS 接口用于原始 ADC 数据和调试仪器。
• 设备安全：部分型号支持安全认证和加密启动，可配置客户根密钥、对称密钥和非对称密钥，还配备了加密软件加速器。
• 功能安全：符合功能安全标准，适用于功能安全应用，有相关文档支持 ISO 26262 功能安全系统设计，硬件完整性可达 ASIL - B。

2.4 其他特性

• 电源管理：内置 LDO 网络，提高了电源抑制比，I/Os 支持 3.3V/1.8V 双电压。
• 时钟源：可使用 40.0MHz 晶体搭配内部振荡器，也支持外部 40MHz 振荡器或时钟输入。
• 易于设计：采用 0.65mm 间距、161 引脚的 10.4mm × 10.4mm 倒装芯片 BGA 封装，便于组装和低成本 PCB 设计。
• 工作温度范围：结温范围为 - 40°C 至 125°C，能适应较恶劣的工作环境。

三、应用场景分析

3.1 车内感知应用

• 儿童存在检测：通过毫米波传感器的高精度检测能力，能够准确判断车内是否有儿童存在，提高乘车安全性。
• 乘员检测：可以检测车内座位的占用情况，为车辆的安全系统和舒适性系统提供数据支持。
• 安全带提醒：结合传感器对座位占用情况的检测，判断乘客是否系好安全带，并及时发出提醒。
• 驾驶员生命体征监测：监测驾驶员的呼吸、心跳等生命体征，有助于预防疲劳驾驶和突发健康问题。

3.2 其他应用

• 踢腿传感器/访问传感器：可用于车辆的智能开门系统，通过检测踢腿动作实现无钥匙进入。
• 入侵者检测：在车辆停放时，检测是否有非法入侵者进入车辆附近。
• 基于手势的人机界面：实现通过手势控制车辆的某些功能，如调节音量、切换音乐等，提升用户体验。

四、芯片对比

4.1 与其他型号对比

文档中给出了 AWR6843AOP、AWR1843AOP、AWR1843、AWR1642、AWR1443、AWRL6432 和 AWRL1432 等型号的对比。AWR6443 和 AWR6843 在 RF 频率范围、天线配置、内存容量等方面与其他型号存在差异。例如，AWR6443 和 AWR6843 的 RF 频率范围为 60 - 64GHz，而 AWR1843 等型号为 76 - 81GHz。

4.2 AWR6443 与 AWR6843 差异

两者的主要差异在于 AWR6843 配备了 C674x DSP 用于高级信号处理，而 AWR6443 没有，这使得 AWR6843 在处理复杂信号和算法时具有更强的能力。同时，两者的内部内存分布也有所不同。

五、引脚与信号说明

5.1 引脚图

芯片采用 161 引脚的 FCBGA 封装，文档中提供了详细的引脚图，包括整体引脚位置和四个象限的拆分图，方便工程师进行 PCB 设计和布局。

5.2 信号描述

详细说明了各种信号的名称、引脚类型、描述和球号，包括数字信号和模拟信号。例如，数字信号中的 CAN1_FD_RX、CAN1_FD_TX 用于 CAN - FD 通信，模拟信号中的 TX1、TX2、TX3 为发射机输出。同时还给出了一些注意事项，如非故障安全引脚的使用和 GPIO 状态的处理。

5.3 引脚属性

文档提供了引脚属性表，包括球号、球名、信号名、引脚控制地址、模式、类型、球复位状态和上下拉类型等信息，有助于工程师进行引脚配置和功能选择。

5.4 寄存器映射

介绍了 PAD IO 控制寄存器和寄存器位描述，工程师可以通过配置这些寄存器来实现不同的引脚功能和信号特性。

六、规格参数详解

6.1 绝对最大额定值

规定了芯片在各种电源电压、输入输出电压、工作温度和存储温度等方面的绝对最大额定值，使用时必须严格遵守这些参数，以避免芯片损坏。

6.2 ESD ratings

给出了芯片的静电放电（ESD）额定值，包括人体模型（HBM）和充电设备模型（CDM），这对于保证芯片在使用和运输过程中的可靠性非常重要。

6.3 功率 - 小时（POH）

说明了不同结温下芯片的功率 - 小时数，这些数据是在特定条件下（使用默认固件增益表的最大 Tx 输出功率设置）得到的，为芯片的长期可靠性评估提供了参考。

6.4 推荐工作条件

详细列出了芯片在各种电源电压、输入输出电压、时钟频率等方面的推荐工作条件，按照这些条件使用芯片可以确保其性能和稳定性。

6.5 VPP 规格

对于支持一次性可编程（OTP）eFuses 的认证启动设备，规定了编程时的 VPP 电源供应条件和硬件要求，同时提醒了使用 eFuse 可能对硬件保修的影响。

6.6 电源供应规格

介绍了芯片的四个电源供应轨，包括 1.8V、1.3V（或 1V 内部 LDO 旁路模式）、3.3V（或 1.8V）和 1.2V，以及各轨的供电对象和相关引脚。同时给出了电源纹波规格，以满足 RX 的目标杂散电平要求。

6.7 功耗总结

包括最大电流额定值和平均功耗，在不同的工作模式和配置下，芯片的功耗有所不同，这些数据对于电源设计和系统功耗优化非常重要。

6.8 节能模式

支持 RF 功率下降状态和 APLL 功率下降状态，文档给出了状态转换图，工程师可以根据实际需求选择合适的节能模式，以降低芯片功耗。

6.9 RF 规格

详细描述了接收机和发射机的各项 RF 性能参数，如噪声系数、1 - dB 压缩点、最大增益、增益范围、IF 带宽、ADC 采样率等，这些参数是评估芯片雷达性能的关键指标。

6.10 CPU 规格

虽然文档中给出的 CPU 规格部分信息不完整，但说明了 DSP 子系统和主子系统的相关信息，工程师可以参考这些信息进行系统的软件设计和算法实现。

6.11 热阻特性

提供了 FCBGA 封装的热阻特性数据，包括结 - 壳、结 - 板、结 - 自由空气和结 - 移动空气等热阻参数，对于芯片的散热设计和热管理具有重要意义。

6.12 时序和开关特性

• 电源供应排序和复位时序：给出了设备唤醒序列的逻辑图，规定了外部电压轨的稳定要求和复位信号的时序，确保芯片正常启动。
• 输入时钟和振荡器：介绍了芯片的时钟源要求，包括晶体和外部时钟的电气特性，以及时钟配置和相关计算公式，对于时钟电路的设计非常关键。
• 多缓冲/标准串行外围接口（MibSPI）：详细描述了 MibSPI 的功能、RAM 组织、时序条件和控制模式切换参数，为 SPI 通信接口的设计提供了依据。
• LVDS 接口配置：说明了 LVDS 接口的配置和支持的数据速率，以及接口的电气特性和时序要求，用于调试和数据传输。
• 通用输入/输出（GPIO）：给出了 GPIO 输出时序与负载电容的切换特性，工程师可以根据负载情况选择合适的驱动强度和时序参数。
• 控制器区域网络 - 灵活数据速率（CAN - FD）：介绍了芯片集成的两个 CAN - FD 接口的功能、特性和动态性能，适用于汽车网络通信。
• 串行通信接口（SCI）：说明了 SCI 的功能和时序要求，支持标准 UART 通信。
• 集成电路接口（I2C）：描述了 I2C 模块的功能、特性和时序要求，符合 Philips I2C 总线规范。
• 四串行外围接口（QSPI）：介绍了 QSPI 模块的功能、特性、时序条件和输入/输出时序要求，主要用于从四 - SPI 闪存存储器快速启动。
• ETM 跟踪接口：给出了 ETM 跟踪接口的时序条件和开关特性，用于芯片的调试和跟踪。
• 数据修改模块（DMM）：介绍了 DMM 的功能和时序要求，可用于向设备内存写入外部数据。
• JTAG 接口：说明了 JTAG 接口的时序条件和相关参数，用于芯片的调试和测试。

七、详细描述

7.1 概述

AWR6843 适用于对内存、处理能力和应用代码大小要求适中的雷达应用，如汽车儿童存在检测、乘员检测等。同时，它也可以与低端外部 MCU 配合，处理更复杂的应用。

7.2 功能框图

展示了芯片的功能模块组成，包括串行闪存接口、Cortex R4F 处理器、IF ADC、雷达硬件加速器、DSP 子系统等，有助于工程师理解芯片的内部架构和工作原理。

7.3 子系统分析

• RF 和模拟子系统：包含了射频和模拟电路，如合成器、PA、LNA、混频器、IF 和 ADC 等。三个发射通道在 1.3V 模式下最多可同时运行两个，在 1V LDO 旁路和 PA LDO 禁用模式下可同时运行三个。
• 时钟子系统：由 40 - MHz 晶体输入产生 60 - 64GHz 频率，具有内置振荡器、清理 PLL 和 RF 合成器电路，还能为处理器提供参考时钟，并具备晶体检测和时钟质量监测机制。
• 发射子系统：由三个并行发射链组成，支持 6 位线性相位调制和可编程功率回退，可用于 MIMO 雷达。
• 接收子系统：包含四个并行通道，采用复杂基带架构，支持复数 I 和 Q 输出，适用于快速啁啾系统。
• 处理器子系统：包括客户可编程的 DSP 子系统和主子系统。DSP 子系统包含 C674x DSP、硬件加速器和相关内存，主子系统包含 Cortex - R4F 处理器和各种外设。
• 汽车接口：通过 2 个 CAN - FD 模块与汽车网络通信。
• 主机接口：可通过 SPI、UART 或 CAN - FD 接口与主机雷达处理器通信，提供参考时钟、控制、复位、中断和错误信号。
• 主子系统 Cortex - R4F：运行用户应用程序，控制设备的整体操作和雷达信号处理。
• DSP 子系统：包含 TI 的 TMS320C674x 模块和内部内存，可用于高级信号处理。
• 硬件加速器：用于卸载 FMCW 雷达信号处理中的常用计算任务，提高处理效率。

  7.4 其他子系统

• ADC 通道：可用于用户应用的外部电压测量，由 BIST 子系统控制，通过 API 进行配置和访问。

  7.5 启动模式

  芯片的启动模式由“Sense on Power”（SOP）引脚配置，包括功能模式、闪存模式和调试模式。不同模式下，芯片的启动流程和操作不同。

八、监测与诊断

8.1 监测与诊断机制

文档列出了功能安全符合器件的主要监测和诊断机制，包括硬件逻辑 BIST（LBIST）、可编程内存 BIST（PBIST）、ECC 诊断、时钟监测、看门狗、MPU 等，这些机制可以提高芯片的可靠性和安全性。

8.2 错误信号模块

芯片的架构提供了错误信号模块（ESM），用于聚合内部诊断机制的故障指示，对错误进行分级并提供可编程的错误响应。

九、应用、实现与布局

9.1 应用信息

应用信息可在 AWR 应用网页上查找，工程师可以根据实际需求选择合适的应用场景和配置。

9.2 参考原理图

最新的硬件设计信息可在设备产品页面的设计套件中查找，包括设计文件、原理图、布局和 PCB 堆叠等，为工程师的设计提供了参考。

十、设备与文档支持

10.1 设备命名规则

TI 为设备和支持工具分配了前缀和后缀，用于表示产品的开发阶段和特性。工程师在选择和使用设备时，需要了解这些命名规则。

10.2 工具与软件

提供了 xWR6843 的 BSDL 模型、IBIS 模型和原理图/布局/唤醒检查清单等工具和软件，帮助工程师进行电路设计、仿真和调试。

10.3 文档支持

可以通过 ti.com 上的设备产品文件夹注册接收文档更新通知，还提供了设备勘误表等文档，用于解决已知问题和了解注意事项。

10.4 支持资源

TI E2E™支持论坛是工程师获取快速答案和设计帮助的重要渠道。

10.5 商标说明

介绍了相关商标的归属，避免知识产权纠纷。

10.6 静电放电注意事项

提醒工程师在处理芯片时要注意静电放电问题，防止芯片损坏。

10.7 术语表

提供了 TI 术语表，帮助工程师理解文档中使用的术语和缩写。

十一、机械、封装与订购信息

11.1 封装信息

文档提供了 ABL0161 封装的机械尺寸图、示例电路板布局和示例钢网设计，为 PCB 设计和生产提供了详细的参考。

11.2 托盘信息

对于采用托盘包装的器件，给出了托盘的尺寸和相关参数，以及不同型号的托盘包装信息。

综上所述，AWR6443 和 AWR6843 芯片在汽车电子和工业传感等领域具有广泛的应用前景。通过深入了解芯片的特性、规格、应用和支持信息，工程师可以更好地进行系统设计和开发，实现高性能、高可靠性的毫米波传感器应用。希望本文能对大家在使用这两款芯片时有所帮助，如果你在设计过程中遇到任何问题，欢迎在评论区留言交流。