探索 IWR6843 和 IWR6443：毫米波传感器的卓越之选

在工业传感器领域，毫米波传感器以其高精度、高效率的特性逐渐崭露头角。今天我们要深入探讨的是德州仪器（TI）推出的 IWR6843 和 IWR6443 单芯片 60 至 64GHz 毫米波传感器，看看它们究竟有哪些独特之处。

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产品特性概览

IWR6843 和 IWR6443 集成度极高，具备 FMCW 收发器，将 PLL、发射器、接收器、基带和 ADC 等功能模块集于一身。其工作频段覆盖 60 至 64GHz，拥有 4GHz 的连续带宽，支持 4 个接收通道和 3 个发射通道。并且，设备支持用于 TX 波束形成的 6 位移相器，以及基于分数 N PLL 的超精确线性调频引擎。

在性能参数方面表现出色，发射功率达到 12dBm，接收噪声系数为 12dB，1MHz 处的相位噪声为 -93dBc/Hz。同时，芯片内置校准和自测试功能，拥有基于 Arm® Cortex® - R4F 的无线电控制系统和内置固件（ROM），能实现跨工艺和温度的自校准系统。此外，IWR6843 还配备了用于高级信号处理的 C674x DSP，以及用于 FFT、滤波和 CFAR 处理的硬件加速器。

内存与接口设计

这两款设备在内存设计上也各有特点。IWR6843 拥有 1.75MB 内部内存，具体分为 MSS 程序 RAM（512KB）、MSS 数据 RAM（192KB）、DSP L1 RAM（64KB）和 L2 RAM（256KB），以及 L3 雷达数据立方体 RAM（768KB）；IWR6443 则有 1.4MB 内部内存，包括 MSS 程序 RAM（512KB）、MSS 数据 RAM（192KB）和 L3 雷达数据立方体 RAM（768KB）。

在接口方面，用户应用可使用多达 6 个 ADC 通道（低采样率监测）、2 个 SPI 端口、2 个 UART、1 个 CAN - FD 接口、I2C、GPIOs 以及用于原始 ADC 数据和调试仪器的 2 通道 LVDS 接口。这些丰富的接口为用户在不同应用场景下的设计提供了极大的便利。

功能安全与电源管理

值得一提的是，IWR6843 和 IWR6443 符合功能安全标准，专为功能安全应用而开发，有相关文档可辅助 IEC 61508 功能安全系统设计达到 SIL 3 级别，硬件完整性可达 SIL - 2 级别，还获得了 TUV SUD 的 IEC 61508 认证至 SIL 2 级别。当然，也提供非功能安全变体选项。

电源管理方面，设备内置 LDO 网络以增强 PSRR，I/O 支持 3.3V/1.8V 双电压。时钟源可选择 40.0MHz 晶体搭配内部振荡器，也支持 40MHz 的外部振荡器和外部驱动时钟（方波/正弦波）。其采用 0.65mm 间距、161 引脚、10.4mm × 10.4mm 的倒装芯片 BGA 封装，不仅便于组装，还能实现低成本的 PCB 设计。

应用场景广泛

基于其出色的特性，IWR6843 和 IWR6443 的应用场景十分广泛。可用于工业传感器，测量距离、速度和角度；在建筑自动化中，实现位移传感、手势识别等功能；还能应用于机器人技术、交通监控、液位传感、安全监控、工厂自动化安全防护、占用检测/人员跟踪/人员计数以及自动门和门禁系统等领域。

技术参数详解

电气参数

在绝对最大额定值方面，各电源引脚有明确的电压范围限制。如 1.2V 数字电源（VDDIN）范围为 - 0.5 至 1.4V，I/O 电源（VIOIN）根据不同情况有不同范围，其中 3.3V 或 1.8V 模式下为 - 0.5 至 3.8V。ESD 评级方面，人体模型（HBM）为 ±2000V，带电设备模型（CDM）为 ±500V（角引脚为 ±750V）。

电源与功耗

电源供应方面，有 1.8V、1.3V（或 1V 内部 LDO 旁路模式）、3.3V（或 1.8V 用于 1.8V I/O 模式）和 1.2V 四个供电轨，不同供电轨为不同的设备模块供电。在功耗方面，不同工作模式下各电源引脚的电流消耗不同。例如，在典型供电电压下，1.2V 轨驱动的所有节点总电流最大为 1000mA，1.3V 轨（或 LDO 旁路模式下的 1V 轨）在仅使用 2 个发射器时，总电流最大为 2000mA。

RF 与 CPU 性能

RF 性能方面，接收器噪声系数在 60 至 64GHz 频段表现良好，1dB 压缩点（带外）为 - 12dBm，最大增益 48dB，增益范围 18dB，增益步长 2dB，IF 带宽可达 10MHz，ADC 采样率（实/复 2x）为 25Msps，ADC 采样率（复 1x）为 12.5Msps，ADC 分辨率为 12 位，空闲通道杂散为 - 90dBFS。发射器输出功率为 12dBm，功率回退范围 26dB。时钟子系统频率范围为 60 至 64GHz，斜坡速率可达 250MHz/µs，1MHz 偏移处的相位噪声为 - 93dBc/Hz。

CPU 性能方面，IWR6843 的 DSP 子系统（C674 系列）和主子系统（R4F 系列）各有其时钟速度和内存配置，不过文档中部分具体参数未详细给出。

热阻与时序

热阻特性方面，FCBGA 封装（ABL0161）的 IWR6843 有不同的热阻指标，如结到外壳热阻（RΘJC）为 4.92°C/W，结到板热阻（RΘJB）为 6.57°C/W 等。在时序和开关特性方面，设备要求所有外部电压轨在复位释放前保持稳定，其时钟源可选择 40MHz 晶体或外部振荡器，对晶体和外部时钟信号都有相应的电气特性要求。

接口特性

不同接口也有各自的特性和时序要求。例如，SPI 接口使用 TI 的 MibSPI 协议，有标准和 MibSPI 模块的相关特性和时序参数；LVDS 接口支持多种数据速率，有特定的电气特性和时序要求；CAN - FD 模块支持经典 CAN 和 CAN FD 规范，有相应的动态特性参数；I2C 接口符合飞利浦 I2C 总线规范，有标准模式和快速模式的时序要求等。

功能模块剖析

整体架构

IWR6843 包含毫米波模块和模拟基带信号链，以及可编程的 MCU 和 DSP。其功能模块可分为 RF 和模拟子系统、处理器子系统、主机接口等部分。

RF 和模拟子系统

RF 和模拟子系统涵盖了合成器、PA、LNA、混频器、IF 和 ADC 等电路，以及晶体振荡器和温度传感器。三个发射通道在 1.3V 模式下最多可同时操作两个，在 1V LDO 旁路和 PA LDO 禁用模式下可同时操作三个，四个接收通道可同时工作。

处理器子系统

处理器子系统包括 DSP 子系统（IWR6843 独有 C674x DSP）和主子系统（包含 Cortex - R4F 处理器）。DSP 子系统用于信号处理，主子系统控制设备外设和日常操作。

主机接口

主机接口可通过 SPI、UART 或 CAN - FD 接口实现，设备与主机雷达处理器通过参考时钟、控制、复位、主机中断和错误等接口进行通信。

其他子系统

设备还包括用于用户应用的 ADC 通道，可测量多达六个外部电压；有多种启动模式，如功能模式、闪烁模式和调试模式，不同模式通过配置“Sense on Power”（SOP）引脚实现。

监测与诊断机制

对于符合功能安全标准的设备，有多种监测和诊断机制。例如，对 MSS R4F 核心和相关 VIM 进行启动时 LBIST 测试，对 MSS R4F TCM 内存进行启动时 PBIST 测试，对 MSS R4F TCM 内存采用端到端 ECC 诊断等。这些机制有助于在设备运行过程中及时发现并处理可能出现的故障，提高设备的可靠性和安全性。

开发支持

TI 为 IWR6843 和 IWR6443 提供了丰富的开发支持。包括不同阶段的设备命名规则，如 X 表示实验设备，P 表示原型设备，无前缀表示量产版本；还提供了多种工具和软件，如 BSDL 模型、IBIS 模型、原理图和布局审查清单等。同时，用户可通过 ti.com 获取文档更新通知，还能在 TI E2E™ 支持论坛获取设计帮助。

总的来说，IWR6843 和 IWR6443 凭借其强大的功能、丰富的接口、良好的性能和完善的安全机制，在工业传感器领域具有很强的竞争力。电子工程师在设计相关工业应用时，不妨考虑这两款出色的毫米波传感器。各位工程师在实际应用中是否遇到过类似设备的其他问题或者有独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享交流。