（五） mmWave 77GHz 单芯片毫米波产品介绍

下面这个部分 我给大家介绍一下 TI 最新推出的一个毫米波雷达产品 这个也是我们在上个月刚刚发布的 算是TI的一个新科技吧 给大家介绍一下 首先介绍一下 就是 背景相关的一些知识 毫米波 可能我们 嗯 有些可能比较熟悉这个技术 毫米波是一个工作在30到300Ghz的无线频段上的波形 它的波长一般是以毫米为单位的 这个毫米波的技术主要是用来做传感器 成像和无线通信 TI现在推出的毫米波传感器的技术就是用来做 位置 速度和角度定位的精度非常高的传感器的技术 这个技术所应用的方向主要是 两块 第一块是汽车方向 汽车上面的话 大家现在在汽车上面能看到很多与它相关的产品 像在有些车上安装了ACC 就是适用的巡航 然后像BSD 盲点检测 这个在现在的汽车产品当中已经是很常用 很常见的配置了 其实在汽车上面还有很多其他的应用 像AED 就是自动的紧急刹车 还有像行人检测 变道辅助 停车辅助 这些应用 凡是涉及到对于 障碍物的定点 然后测速 这样的应用的话 好比博利达 都是一个非常有竞争力的方案 那么另外大概主要的应用就是在工业上 那么在工业上的应用的话 毫米波就是 五花八门的了 像一个是页面的定位的应用 就是在工业上的话 有一个很深的罐或者是槽 那么我们要精确地定位页面的高度 这个可以用毫米波雷达的传感器来做 还有一些就是震动和位移的检测 或者和检测的功能 这个用毫米波来做也是精度非常高的 毫米波基本上可以做到几十到一百微米 这么精确的这样一个定位的能力 另外的话 就是像 交通的监控和识别 在高速公路上有一些测速的应用 那么可以用雷达去检测 说这个车辆有没有超速 还有一些更加炫酷的应用 比如像 手势识别 我们可以看到就是在 前几年 谷歌退出来一个叫 谷歌 sonnet的这样一个像手表 那么你可以用手势在手表的周围去控制它的 一些 菜单的一些翻页 或者是应用 那么这个技术当中 这个产品当中应用的传感器的技术就是毫米波 那现在大概汽车里面的话 也有一些厂家 现在准备开始用手势在车内运作 应用一些开关的这样一些控制 那么在这些技术上面 毫米波又有 很大的优势 另外一个主要的应用就是在现在很流行的无人机领域 无人机的自主着陆和蔽障 再这个领域上的话 毫米波也有它天然的优势 因为传统的传感器技术 像 摄像头这样的技术 它会受到周围的光线 还有环境的影响比较大 比如说在晚上 那么现在很多无人机的蔽障技术可能就会失效 但毫米波是不依赖环境和光线的影响 那么可以说它是可以全天候工作的 而且 是在所有的传感器技术当中 稳定性最高的这样的一个技术 这里是提到的工业上的一个应用 那么毫米波为什么 其实这个技术已经推出来很多年了 因为以前主要是用在军用上面 那么为什么现在TI推出了毫米波的芯片 在大力发展这个技术呢？ 那么背景上来讲 除了毫米波技术有它这样的优势之外 那么一个很重要的原因是 现在TI推出来一个基于RFCMOS这样一个工艺 单芯片的解决方案 把传统的多片的毫米波雷达的解决方案 转化成了一个单芯片的解决方案 大幅度的降低了整个方案的成本 使得这个技术能够 在工业和汽车这样一个领域 变成更有竞争力的一个方案 所以说 我们可以看到 在TI 现在把毫米波的产品做为它未来很重要的一个发展方向 那么TI在毫米波的领域 虽然这个产品是我们上个月推出了的 但是我们其实从2010年开始 就已经在这个领域当中 开始做一些前沿技术的研究 最早的话是在我们一个叫雷达PL的实验室 一个TI专门研究新技术的实验室当中 去做的一个160Ghz的高频的 基于RFCMOS工艺这样的一个RF芯片 然后后面从12年13年14年 这些年我们是做了三代的测试芯片 逐步地解决了这个工艺应用在测机器这样的 这样一个频段上的主要问题 所以在15年和16年的话就推出来了 第一代的毫米波雷达的样片 就是1243和1642 在今年的五月份 我们已经在全球正式发布了这个产品 整个产品线我们是分为两条 第一条汽车类的雷达我们是以A打头的 A打头的雷达芯片 还有一个产品系列是以工业为主的 IWI系列的芯片 我后面会介绍到我们产品的一个（听不清） 这里介绍的刚才我也提到了 就是说 TI的产品相当于现在市场上其他的 传统的毫米波技术的产品 它的优势在于我们是一个完全的单芯片的 这样一个解决方案 对于传统厂商来说 它要做一个雷达模块的话 它需要4到5块芯片 射频的发射部分需要1块芯片 接收部分需要一块芯片 还有它的VCO频率测成部分需要一块芯片 后面的 数字信号处理这块 它又需要一块芯片 一般的话是需要4到5块芯片 那么在成本和PCB板的size上都是 很大的 同时这样一个方案的话 它的性能也会受到影响 因为需要在PCB板上去 走切芯高频这样一个计划的话 信号的衰减跟噪声 都是一个挑战 TI的方案就是一个非常简单非常简洁的方案 我们是把所有的射频的发射 接收 ABC的材料，然后MC的主控和DSP 全部集成在了一个带上 而且芯片这样的一个成本 也相对于原来的方案 是 大幅度的下降了 所以我们在尺寸上 在成本上 还有性能方面 相对于原来的方案都是一个颠覆性的突破 下面介绍一下刚才讲到的我们产品的情况 在汽车的产品线上 我们实际上有三块产品 第一款是AWR1243 这是我们推出来的纯的毫米波射频前端的芯片 它是3发4收 就是三个发射的通道 四个接收的通道 还有一个频率测分器 还有内部的ANGEL主控和 调校单元 因为（听不清）的信号非常敏感 受温度和 环境的影响非常大 我们内部有一个调校的单元 可以 在线对芯片各个部分的性能 进行调试 这个1243是一个设计前端 数字信号处理需要依赖外部的DSP来做 1243和DSP之间可以通过 SPI来做主控 同时它还有一个CSI处理接口去传输原始的一些数据 它所针对主要的产品是 用来做高性能的雷达前端 像汽车上面用的远距离雷达 比如说AED上这个探测距离要做到 150米以上 最多到300米 这样距离的一个应用 我们TI现在的方案就是用一颗1243 再加外部DSP这样一个方案来做的 另外一个应用主要就是以微镜雷达 就是成像精度非常高的 需要由多片雷达芯片进行精辨这样的一个产品 我们后面有张图 再重点介绍吧 第二款产品是1243的升级版 是雷达AWR 1443 它所增加的部分是 在1243的基础上面 增加了R4F这个MCU 200M主频这样一个MCU 它可以去做一些 系统的主控 它可以动态去控制这个雷达 这个雷达现在可以工作在哪种模式上面 还有一些什么样的参数 同时内部进行了芯片的加热器 可以完成常用的雷达的相关算法 主要的FFT 以及它集成的576KB 字节这样的一个（听不清） 那么1443因为它增加了几个模块 它可以作为一个单芯片的雷达解决方案 它不需要在外面再接DSP 就做算法处理了 但是这个前提是相对简单的算法 它可以通过这个对应的FFT系列 和处理器来做 它的应用产品主要是在一些入门级的 近距离的雷达 第三款产品 也是我们集成度最高的 是AWR 1642 1642的技术方面它是集成了 另外集成了TI 600Mhz主频的（听不清）DSP 以及1.5 MB的RAM 那么大家可能对TI的DSP比较熟悉 我们的DSP在数字信号处理这个领域 是非常高的 而且因为DSP 编程 可以实现客户自定义的一些自己的算法 所以1642更适合去做一些中距离到近距离的 更加灵活的雷达系统 它可以做SR短距雷达 一般汽车上用的盲点监测的一个应用 还有USR就是在20厘米下的超近距离雷达 可以去做辅助 或者是变道辅助 这一系列汽车上的雷达 所以这是我们现在 TI在推出来的三款 针对汽车市场雷达芯片的产品 那么 TI的三款产品全部是符合 RSO 26262 ASI安全认证的 这样的一个产品 所以 客户在TI的产品基础上面 可以去构造出自己的符合 ASI B等级 甚至是D等级 安全认证这样的一个汽车上的产品 这张图总结了以下我们 在汽车领域 毫米波雷达主要的优势 第一是产品的模块 做得很小 因为我们刚才讲到 我们是单芯片的解决方案 实现以前4到5块芯片才能实现的功能 它可以把整个产品的尺寸做得非常小 最小的雷达可能会做到一个像 银行卡大小这样的一个应用 这么大小这样的一个产品 另外 它可以提高非常高的分辨率 因为TI在这个系统里面 相当于有自己的一个IP 可以把雷达的限定程度做到0.01% 这也是现在市场上其他厂家无法达到的一个指标 可以提供非常高的距离和 速度和角度这样的一个分辨率 这个在现在非常流行的 像我们的驾驶 还有ADAS上面来说 是非常有吸引力的 另外一个 我们在芯片当中 集成了自我监控 自我调校的模块 可以在线完成很多的RF性能的 调校的功能 能够节省用户的软件接入 同时我们是一个高度可配的系统 我们雷达基本上所有的参数 包括波形 每一个波形的时间 协域这些参数全部可以通过我们 芯片上R4F的MUC去做自我控制 这也是非常灵活的 然后 我们在苹果机上面的话 我们刚才讲到了 我们自有单片 雷达的话 也有多片机的方案 随着客户不同的应用需求 我们可以去做各种不同的产品组合 还有一点 刚才没有说到的 就是我们的功耗 除了我们的节能度更高之外 我们的功耗相对于传统产品 是到他们1/3到1/2这样一个水平 传统雷达芯片的功耗现在是在 6瓦左右 TI加进来 整个的功耗大概是在2W左右 所以这些在对功耗非常敏感的产品上 也是非常大的优势 这里主要重复了以下刚才我们讲到的三款产品 它在整个雷达的信号链上面 所扮演的角色 1243是一个射频前端 它主要完成的是射频和模拟 加DFE这一些工作的工程 后面的数字信号处理这块要依赖外部的DSP来做 1443它其实内部集成了一个 MCU和一个硬件加入器 它可以部分完成后面的数字信号处理 和高级算法 但是它的局限是因为我们的加速器是一个（听不清）的MP 那么它所对应的算法也是互换的 客户如果有一些自己的idea需要实现的话 可能就只能在MCU当中来做了 1642就是一个比较灵活的平台了 因为它内部集成了一个DSP 有能力自己去实现客户自己开发的信号处理和高层算法 同时它还有一个MCU 也就是说它有PSP加MCU两个系统 来实现客户自己开发的信号处理和高层算法这样一个能力 应该说1642的灵活性是最高的 下面介绍一下我们主要在汽车上面四种主要典型应用 我们的雷达产品可以在汽车上面去做什么 第一个应用主要就是汽车的 接近度传感器这样一个功能 Proximity sensing中文上讲就是接近度 它是检测一个物体跟你雷达接近的程度 一般是距离比较短的 是在1、2 米或者5米以内的 短距离检测物体的距离 对于这一类应用 我们比较合适的芯片解决方案是 AWR 1443 它是一个单片雷达 它集成一个MCU和一个加护器 因为这种雷达相对的算法处理是比较简单的 相对来讲 我们所有的三款雷达芯片都能支持最大 4GHz的RF 带宽 在雷达领域 扫频带宽越大 能分辨距离就越高 4Ghz的带宽可以达到3.75厘米的分辨率 就是两个物体只要间隔超过3.75厘米 在雷达上面都可以帮你分辨开来 这些应用比较典型的比如汽车上开车门的高级 就是你有时候可能开车门的时候会 要考虑到可能会撞到边上的人或边上有汽车 或电瓶车这样的 可以在车门上装一个雷达 帮你检测附近区域当中 当你把车门打开的时候 有没有风险 同时还有后备箱开门的报警 同时在车内也有一些对应的应用 比如说 在汽车内部可以装一个雷达 去看你座位上当前有没有人 这是一个应用 因为有时候像 可能把小孩什么的留在车里了 通过雷达监测就能马上发现这个问题 还有像刚才提到的手势视频这样的一些应用 那么用1443单芯片解决方案 就是非常合适的 第二块的话是USR超短距和SRR就是短距离这样的雷达应用 在汽车上面主要就是针对DSD 盲点监测 LCD变道辅助 还有行人检测这方面的应用 这张图大家可以看到 盲点检测就是在车的左右 两侧的方向各装一个雷达 去检测旁边的车道 运行的车辆 下面这张图是360度环视雷达的方案 是做停车辅助 在车的四周都要装勘测雷达 这样能够检测出来车辆周围360度 周围这样的环境 可以做自动停车辅助 这样的雷达 传统的超声波雷达可能需要12个探头 但是用毫米波的技术的话 因为它的精度跟分辨率更高 只需要4-6个探头就可以实现 这也是现在很多汽车厂 非常感兴趣的一个应用 对于这个方面应用我们比较合适的芯片就是1642 就是刚才也提到的 因为内部集成了DSP 有非常灵活的算法可编程能力 第三个应用是对于远距和中距的 这样的雷达应用 刚才提到的像车辆前向的ACC和AEB 这样的应用 比我们现在提出的方案 雷达1243 加外部的DSP处理器 来做的一个方案 TI对应的雷达生产的芯片 最大可以支持37.5 M采样率 采样能力 这样的采样率足够支持 200米到200米以上远距离雷达的应用 第四个应用的例子 刚才也提到了 对于像现在无人驾驶所比较流行的 叫成像雷达 （听不清）雷达 有点类似于像莱达这样的一个应用 莱达需要用探头 在车顶上360度扫描 去检测周围的环境 雷达可以用多片级联的反馈 我们画的例子是四片 AWR 1243级别 再加一个外部的处理器 可以达到接近莱达的角度和距离的分辨率 莱达我们觉得主要是成本很高 在无人汽车上面用的 都在几千美金以上 而我们的产品价格是大大低于它了 我们可以通过多片级联甚至是雷达和camera相结合 这样去做一个融合系统 然后达到接近莱达分辨率的程度 但是成本可能是它的1/10甚至1/20的样子 所以这也是现在很多的做无人驾驶汽车 的很感兴趣的一个方案 我们的产品比较好的就是我们具备的多片级联的能力 对雷达来说 它的天线数越多 所能达到的角度分辨率就越高 通过多片级联 我们可以构造出 最多 像这个例子上的话 我们每一个芯片是3发4收那么 四个芯片加起来 相当于构造192根天线的虚拟的micro 矩阵 最大可以达到0.6度的角度分辨率 而且这个里面可以达到现在市场上莱达的水平 刚才介绍的这三种产品 主要是我们针对汽车类的 雷达的应用 对于工业上 我们其实还有2款产品 就是IWR1443和IWR1642 其实虽然编号有所不同 但它的功能跟我们前面讲过的A系列 基本上是相同的 唯一的不同是 在汽车上面我们的产品需要满足汽车ISO26262的安全等级认证 所以安全性的要求更高一点 工业上就没有这样一个要求 所以工业上的产品 成本可以做得更低 对于工业应用 我们这里面也举了几个例子 第一个例子是刚才我们讲到的 对于 页面高度检测 一般可以在一个 这种产品的话 我们听说有的客户可能需要做到100米 深度的罐体 我们要去检测出液面的高度 而且精度要非常高 这样 可以在顶部装一个毫米波雷达 对着底层的液面 这时候最多可以做到100微米这样的准确度 做到微米的准确度 这可以说是目前其他产品无法做到的 而且刚才反复强调了雷达最大的优势就是稳定性 它不受周围环境和光线的影响 那么这点在工业上也是非常重要的 第二个应用的话 这个图中画出来的 实际上是摄像头和雷达融合的系统 摄像头通过人体检测 可以检测出这是哪个人 再通过雷达可以检测出这两个人对应的距离 速度 通过一些分析 融合这样的算法 我可以把适当信息和雷达的信息 完整地叠加在一起 这个可以说是达到一个 对周围环境的感知能力就能做到非常强了 这就比较适合像安防类的作用 就是有一些在建筑内做一些安防 或者在道路上做一些交通的检测 这类应用 雷达和摄像头可以做到 非常好的互相补充 第三张图大家一看就知道 在无人机领域 雷达可以做的事情也很多 一个是对的高度界定 还有一个是做周围的避障 在无人机所面对的很重要的领域是 它必须检测出来 周围的电线 这个是摄像头无法做到的 因为大家知道 电线是很细的 摄像头在相对远的距离根本没法判断 这个因为金属线在点雷达的反射波反射是非常强的 去做电线的检测 障碍物的检测 雷达是可以说是唯一的方案 现在国内的无人机厂商 对毫米波雷达也是非常感兴趣 大家应该不久之后就会看到相关产品会出来 第四个例子就是在医疗领域 在医疗领域大家可能好奇 为什么在医疗领域还可以做一些事情 其实这方面的应该应该说是比较新的概念 我们也了解到在用雷达做非接触式的人的心跳 或者呼吸的检测 在医院 可能有时候病人的皮肤 有一些问题 或者因为他经常在活动 所以没办法戴像心跳器或者血压计 这样的应用 这时雷达可以通过高精度的检测能力 因为呼吸和心跳身体都会有一些震动 雷达可以很精确地检测出震动 然后通过算法分析 计算出 你的呼吸和心跳 今天带了一个demo放在左边 待会儿我演讲完大家如果有兴趣 可以过来看一看 因为还有一个视频 会给大家试一下直接的效果 这个也是说可以算非常有意思的一幕 刚才提到的就是介绍了雷达可以做的一些事情 那么TI可以提供哪些工具和资料 帮助客户尽快 做出雷达产品呢 我们在这张图中总结了一下 首先是我们的芯片 现在我们刚才说的是500芯片 现在全部是有样片在TI的官网上 TI.COM上可以去申请 软件和EPI版 同时我们的软件包主要是两块 一个是（听不清）SDK是整个芯片的驱动和 一些我们自己做的开发的一些单用 还有一个是mmWaveStudio 是PSR使用的雷达测试的工具 这些也都放在TI的官网 可以免费下载 同时我们TI已经做了和正在做很多 参考设计 像我们刚才提到的心跳检测 还有我们近距离物体检测的一个dialog 现在这些相关的TI参考设计 也全部放在了官网上 包括源代码 可以下载作为参考 同时我们还有e2e论坛 现在有一个专门的论坛去support雷达方面的产品 有专家在线可以24小时帮大家解答问题 包括我们可以给客户提供一些training 在线的training我们在网上也有 还有到客户现场去提供一些training 包括还有我们的第三方 后面我们也会介绍到 我们有一些合作伙伴 他们已经推出了各种TI产品做的参考设计 这张图当中就是我们现在的一些 硬件平台的例子 左边的这两张图是TI的EI版大家在官网可以下载采购的 右边这两个就是我们两个合作伙伴 现在用TI平台建立的雷达的这个产品 大家可以看到EI板的尺寸是很小的 在这一块 这块芯片就是我们的雷达一些芯片 上面这个部分是一个天线 就是天线 是用电动板技术直接做在电动版上的 所以大家可以看到整个尺寸是非常小的 整个EI板我们现在做的是85x65毫米 但是因为EI板很多是调试接口 如果最终做实际产品的话 可以做得更小 这个在尺寸方面可以说是非常方便的 把雷达布置在各种应用场景 sample的话 我放了我们现在产品的 在TI官网上的位置 包括我们的样片 样片购买的链接 所有500芯片的链接 这是我们EVM板的下单链接 这是我们现在所有的技术手册 TRM还有白皮书这样的下载链接 包括我们TI产品所有的设计文件 我们把TI产品的原理图 PPT图全部放在这里 大家可以用这个作为你们开发的起点 然后我们有一些在线的培训 介绍一些毫米波雷达的基本原理 和TI产品的基本情况 这是我刚才提到的我们的SDK包 下面是TI design 所以说大家如果 了解雷达的工艺的话 以前不管是在24级雷达的话 国外的厂商对国内的支持很低 就是说不管拿不拿到样片 拿到了之后相关知识知道的也很少 现在其实TI从上个月开始 推出来这个产品之后 就完全打破了现实 把我们这个 可以说全部技术指导全部都放在网上了 我们从5月16号 正式发布这个产品 我们在一周之内 有两百个客户找到我们 现在联系找到我们 现在他们觉得他们很感兴趣 要做雷达产品 我们也觉得这个是TI这几年非常好的一个产品 有竞争力的产品 也很高兴今天跟大家分享这样一个技术