探索 AWR1843：77GHz 至 79GHz 单芯片 FMCW 雷达传感器的卓越性能与应用潜力

在当今的电子技术领域，毫米波雷达传感器正发挥着越来越重要的作用，特别是在汽车和工业应用中，对高精度、高可靠性的雷达解决方案需求日益增长。AWR1843 作为德州仪器（TI）推出的一款单芯片 77GHz 至 79GHz FMCW 雷达传感器，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了很多工程师的首选。今天我们就来详细探讨一下 AWR1843 的特性、应用及相关技术细节，为大家在雷达设计和开发方面提供参考。

文件下载：awr1843.pdf

一、AWR1843 特性剖析

1. FMCW 收发器

AWR1843 的 FMCW 收发器集成了 PLL、发送器、接收器、基带和 ADC，具备 76GHz 至 81GHz 的覆盖范围和 4GHz 的可用带宽，这为高精度的距离和速度测量提供了坚实的基础。它有四个接收通道和三个发送通道，基于分数 N PLL 的超精确线性调频脉冲引擎能够实现精准的信号发射和接收。在性能方面，TX 功率可达 12dBm，RX 噪声系数在 76 至 77GHz 为 14dB，77 至 81GHz 为 15dB，1MHz 时的相位噪声在 76GHz 至 77GHz 为 -95dBc/Hz，77GHz 至 81GHz 为 -93dBc/Hz，这些参数使得它在复杂环境下也能保持良好的性能表现。

2. 内置校准与自检

该器件内置校准和自检（监测）功能，基于 Arm® Cortex® - R4F 的无线电控制系统带有内置固件（ROM），能够针对工艺和温度进行自校准。这大大提高了传感器的稳定性和可靠性，减少了外部因素对测量结果的影响，也降低了工程师在调试和维护过程中的工作量。

3. 强大的处理器与存储能力

它配备了用于 FMCW 信号处理的 C674x DSP 和片上 2MB 存储器，还有用于物体跟踪和分类、AUTOSAR 和接口控制的 Cortex - R4F 微控制器，并且支持自主模式（从 QSPI 闪存加载用户应用）。这使得 AWR1843 能够独立完成复杂的信号处理和数据分析任务，满足不同应用场景的需求。

4. 丰富的集成外设

AWR1843 集成了多种外设，如具有 ECC 的内部存储器、CAN 和 CAN - FD 主机接口以及为用户应用提供的多达 6 个 ADC 通道、2 个 SPI 通道、2 个 UART、I2C 和 GPIO 等，还配备了用于原始 ADC 数据和调试仪表的双通道 LVDS 接口。这些外设接口为与其他设备的连接和数据交互提供了便利，方便工程师构建复杂的系统。

5. 安全性能卓越

在部分器件型号上，它支持经过身份验证和加密的安全引导，具有密钥撤销功能的客户可编程根密钥、对称密钥（256 位）、非对称密钥（最高 RSA - 2K），以及加密软件加速器（PKA、AES（最高 256 位）、SHA（最高 256 位）、TRNG/DRGB）。同时，它是功能安全合规型器件，专为功能安全应用开发，可提供使功能安全系统设计满足 ISO 26262 ASIL - D 要求的文档，硬件完整性高达 ASIL - B 级，还获得了经 TUV SUD 进行 ISO 26262 认证达到 ASIL B 级和符合 AEC - Q100 标准等安全相关认证。

6. 高级特性与电源管理

AWR1843 具有嵌入式自监测功能，无需使用主机处理器；采用复基带架构；具备嵌入式干扰检测功能；发送路径中的可编程相位旋转器可用于实现波束形成。在电源管理方面，内置 LDO 网络可增强 PSRR，I/O 支持双电压 3.3V/1.8V。时钟源支持 40MHz 的外部振荡器、外部驱动的 40MHz 时钟（方波/正弦波）以及 40MHz 晶体与负载电容器相连接。此外，它采用 0.65mm 间距、161 引脚 10.4mm × 10.4mm 倒装芯片 BGA 封装，可实现轻松组装和低成本 PCB 设计，运行结温范围为 - 40°C 至 125°C。

二、AWR1843 应用领域

1. 汽车领域

AWR1843 在汽车领域有着广泛的应用，如盲点检测、变道辅助、侧向来车警示、泊车辅助和占位检测等。在这些应用中，它能够快速准确地检测车辆周围物体的距离、速度和角度信息，为驾驶员提供及时的安全提示，提高行车安全性。

2. 其他领域

除了汽车应用，它还可用于手势识别等领域。利用其高精度的检测能力，能够识别不同的手势动作，为人机交互提供新的方式。

三、技术规格解读

1. 绝对最大额定值

在使用 AWR1843 时，需要注意其绝对最大额定值。例如，各电源引脚的电压范围（如 1.2V 数字电源 VDDIN 为 - 0.5 至 1.4V 等）、射频输入端和输出端上的外部施加电源（均为 10dBm）、输入和输出电压范围等。超出这些额定值可能会对器件造成永久损坏，因此在设计电路时必须严格遵守。

2. ESD 等级

其人体放电模型（HBM）符合 AECQ100 - 002 标准，为 + 2000V；充电器件模型（CDM）符合 AEC Q100 - 011 标准，为 ± 500V（转角引脚的额定电压为 ± 750V）。这提示我们在处理和使用该器件时，要采取适当的静电防护措施，以避免静电对器件造成损害。

3. 建议运行条件

为了使 AWR1843 达到最佳性能，需要按照建议运行条件进行设计。例如，各电源引脚的电压范围（如 1.2V 电源轨为 1.14 至 1.2V 等）、电压输入高电平和低电平的范围等。遵循这些建议条件可以保证器件的稳定性和可靠性。

4. 电源规格

了解其电源规格对于设计电源电路至关重要。AWR1843 有四个主要的电源轨，分别为 1.8V、1.3V（或内部 LDO 旁路模式下为 1V）、3.3V（或对于 1.8V I/O 模式为 1.8V）和 1.2V，每个电源轨驱动不同的器件块。同时，还给出了电源纹波规格，在设计电源滤波电路时需要参考这些数据，以满足 RX 对目标杂散电平的要求。

5. 功耗摘要

功耗是设计电子系统时需要考虑的重要因素之一。文档中给出了电源端子上的最大电流额定值和平均功耗，例如在不同工作模式下（1TX、2TX、3TX 和不同占空比）的功耗情况。这有助于工程师评估系统的功耗需求，选择合适的电源模块，并进行散热设计。

6. 射频规格

在射频性能方面，AWR1843 的接收器噪声系数在 76 至 77GHz 为 14dB，77 至 81GHz 为 15dB；1dB 压缩点为 - 8dBm；最大增益 48dB；增益范围 24dB；图像抑制比（IMRR）为 30dB 等。发送器输出功率为 12dBm。时钟子系统频率范围为 76 至 81GHz，斜坡速率为 100MHz/µs。这些参数决定了雷达传感器的探测能力和性能表现。

7. CPU 规格

DSP 子系统（C674 系列）时钟速度为 600MHz，L1 代码存储器和 L1 数据存储器均为 32KB，L2 存储器为 256KB；主子系统（R4F 系列）时钟速度为 200MHz，紧耦合存储器 - A（程序）为 512KB，紧耦合存储器 - B（数据）为 192KB，共享 L3 存储器为 1024KB。了解这些 CPU 规格有助于工程师合理分配任务和优化代码，充分发挥处理器的性能。

8. 热阻特性

FCBGA 封装的热阻特性（如结点到外壳 RΘJC 为 4.2°C/W 等）对于散热设计非常重要。在高功率运行时，需要确保器件能够有效地散热，以保证其性能和可靠性。工程师可以根据这些热阻数据选择合适的散热片或散热方式。

9. 时序和开关特性

这部分内容涉及电源时序和复位时序、输入时钟和振荡器、多缓冲/标准串行外设接口（MibSPI）、LVDS 接口配置、通用输入/输出、控制器局域网接口（DCAN）、控制器局域网 - 灵活数据速率（CAN - FD）、串行通信接口（SCI）、内部集成电路接口（I2C）、四线串行外设接口（QSPI）、ETM 跟踪接口、数据修正模块（DMM）和 JTAG 接口等的时序要求和开关特性。在设计电路和编写代码时，需要严格遵守这些时序要求，以确保各个接口和模块之间能够正常通信和协同工作。

四、详细子系统分析

1. 射频和模拟子系统

该子系统包括合成器、PA、LNA、混频器、IF 和 ADC 等射频和模拟电路，以及晶体振荡器和多个温度传感器。三个发送通道可根据需要同时运行以实现发送波束形成，四个接收通道也可同时运行。时钟子系统通过 40MHz 晶体输入基准生成 76GHz 至 81GHz 的频率，具有内置振荡器电路、清理 PLL 和射频合成器电路，还具备检测晶体存在和监测时钟质量的机制。发送子系统由三个并行发送链组成，每个发送链可提供最大 12dBm 的功率，且支持可编程退避。接收子系统由四个并行通道组成，支持复数基带架构，带通中频链可配置较低截止频率，支持高达 10MHz 的带宽。

2. 处理器子系统

包括 DSP 子系统和主子系统。DSP 子系统包含 TI 的高性能 C674x DSP、高带宽互连和相关外设，LVDS 接口用于测量数据输出等。主子系统是器件的大脑，控制着所有器件外设和通用活动，包含 Cortex - R4F 处理器和关联的外设。HIL 模块可用于将采集的数据从外部馈送到器件中，主 SS 上的 HIL 用于控制配置，DSPSS 上的 HIL 用于将高速 ADC 数据输入到器件。

3. 汽车接口

AWR1843 通过 CAN 和 CAN - FD 主接口与汽车网络通信，这使得它能够与汽车中的其他电子系统进行数据交互和协同工作，满足汽车应用的需求。

4. 存储器映射

文档中详细给出了主子系统 Cortex - R4F 存储器映射和 DSP 子系统存储器映射，包括各个存储器区域的地址范围、尺寸和用途等信息。了解这些存储器映射对于编写程序和进行系统设计非常关键，工程师可以根据需求合理分配和使用存储器资源。

5. 其他子系统

AWR1843 还包含用于用户应用的 ADC 通道（服务），内部的 GPADC 引擎可测量多达六个外部电压，由 BIST 子系统内部运行的 TI 固件进行控制，通过调用“监控 API”进行访问。GPADC 具有 625Ksps SAR ADC、0V 至 1.8V 输入范围和 10 位分辨率等规格。

五、监控和诊断机制

AWR1843 具备丰富的监测和诊断机制，以确保其安全性和可靠性。例如，MSS R4F 内核和关联 VIM 的启动时间 LBIST 可在晶体管级提供高诊断覆盖率；MSS R4F TCM 存储器的启动时间 PBIST 可在晶体管级别对 TCM 提供高诊断覆盖率；时钟监控器可检查基准时钟的可用性/范围和 APLL 锁定情况；用于 MSS R4F 的 RTI/WD 内部看门狗可在检测到故障时发出复位或中断信号等。这些机制有助于及时发现和处理潜在的故障，提高系统的稳定性和可靠性。

六、应用、实施和布局建议

1. 应用信息

AWR1843 的集成雷达前端和可编程 MCU 以及灵活的启动模式（使用串行闪存进行自主应用启动或通过 SPI 进行外部启动）为应用实现提供了便利。工程师可以根据具体的应用需求选择合适的启动模式和开发方式。

2. 短距离和中距离雷达应用

在短距离和中距离雷达应用中，AWR1843 能够发挥其优势，提供准确的目标检测和跟踪信息。设计时需要考虑雷达的安装位置、天线方向等因素，以确保其性能最佳。

3. 参考原理图

参考原理图和电源信息可在 AWR1843 EVM 文档中找到，包括 PCB 的设计文件、原理图、布局和堆叠等。这些资源对于工程师进行硬件设计和开发具有重要的参考价值，可以加快设计进程，提高设计的准确性和可靠性。

七、器件和文档支持

1. 器件命名规则

TI 为 AWR1843 等器件分配了特定的前缀，用于指示产品开发周期所处的阶段。X 表示试验器件，P 表示原型器件，无（无前缀）表示完全合格的器件芯片的量产版本。同时，器件命名规则还包含封装类型和温度范围等后缀信息。了解这些命名规则有助于工程师正确选择和使用器件。

2. 工具与软件

提供了 AWR1843 BSDL 模型和 AWR1843 IBIS 模型等工具和软件，这些模型可用于器件的测试和电路板仿真，帮助工程师优化设计和验证性能。

3. 文档支持

工程师可以在 ti.com 上的器件产品文件夹中接收文档更新通知，同时文档中还列出了介绍 DSP、相关外设以及其他配套技术资料的最新文档，如勘误表等。这些文档对于解决开发过程中遇到的问题和了解器件的详细信息非常有帮助。

4. 支持资源

TI E2E™ 中文支持论坛为工程师提供了一个重要的参考资料平台，可直接从专家处获得快速、经过验证的解答和设计帮助。

八、总结

AWR1843 作为一款高性能的 77GHz 至 79GHz 单芯片 FMCW 雷达传感器，具有众多卓越的特性和丰富的功能。它在汽车和其他领域有着广泛的应用前景，能够为工程师提供强大的解决方案。在使用 AWR1843 进行设计和开发时，需要深入了解其技术规格、子系统结构、监控和诊断机制等方面的内容，并结合参考资料和支持资源，进行合理的设计和优化。同时，要注意遵循器件的使用规则和注意事项，确保系统的安全性和可靠性。希望本文能对大家在 AWR1843 的应用和开发方面有所帮助。你在实际使用 AWR1843 过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。