77GHz雷达信号处理流程框图及应用方案

可以肯定，车载毫米波市场将迎来一波快速的增长！原因很简单：车载毫米波雷达可以有效的提高汽车的主动安全性能，是实现ADAS和无人驾驶的终极目标必备之神器。

车载毫米波雷达通过阵列天线向外发射调制毫米波，然后将接收的回波信号和本地振荡混频提取中频信号，经后方MCU单元运行2-D傅里叶变换等处理提取汽车周与目标的相对速度、相对距离、相对角度，以及相对运动方向等信息。汽车中央处理单元会基于提取的信息进行智能处理，并给驾驶员警示信息，或者及时采取主动干预措施，从保证主动安全性能，减少事故几率。

世界各国汽车安全法规和评级将加速ADAS快速发展，从而带动车载毫米波雷达的旺盛需求。

图1，各国ADAS安全规范的发展进程（图片来源：中投证券）

因应这一市场潮流，各个技术厂商都在积极投入进行分辨率更高、感测距离更远的77GHz毫米波雷达的研发，并推出可商用的解决方案。其中NXP开发的77GHz雷达方相关的产品已经形成了一个“人丁兴旺”的大家族。（图2）

图2，NXP 77GHz毫米波雷达方案相关产品家族

今天，我们就向大家“安利”一款基于NXP产品的、经典的77GHz雷达方案（方案框图见图4）。该方案采用“S32R274（处理器） + TEF810（射频收发器）”双芯片架构，可以让车辆检测周边环境和感知潜在的碰撞风险，从而提高车辆安全性能。目前该方案已有评估套件可供客户评估，套件中包括微波阵列天线等完整的硬件电路，以及基于S32R274包含波束赋形，CFAR等完整评估软件，使得客户可快速开始自己的雷达设计。

图3，NXP 77GHz毫米波雷达方案系统框图

推荐这一方案的理由，归纳起来有以下四点：

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射频收发芯片

在NXP整个77GHz毫米波雷达方案中，汽车雷达收发器采用的是TEF810单芯片方案，它支持FMCW调制方式，可用于短距、中距、长距车载雷达应用，能够覆盖76GHz到81GHz的全汽车雷达频段。

TEF810具有高集成度并且实现了极高的性价比，内部集成了所有FMCW调制方式所必须的功能模块，包括用啁啾信号灵活控制的FMCW波形生成器、3路发射链路包含二元键相以及输出功率稳定电路、4路包含ADC的高线性和低噪声的接收链路，在高角度分辨率应用中，可以用一颗芯片实现最高12路虚拟接收链路，实现12度的角度分辨率。

每个接收链路包括高通滤波器和低通滤波器，高通滤波器用于滤除比较强的低频干扰，低通滤波器可以由于ADC抗混叠滤波器，每个接收通道包含有40MS/s的12-bit SAR ADC, ADC后跟有抽取系数为1、2、4.8和16的数字抽取滤波器。量化后的采样信号可以经由LVDS，CSI2-DPHY，CIF等接口传到S32R274做进一步的处理。

TEF810采用标准SPI通信接口用于传输控制和数据告警信息，SPI最高支持40Mbps传输速率。芯片内部含有功能安全监控电路，可追踪监控关键参数的运行状况比如芯片温度，射频链接状况以及锁相环的锁定状态等。TEF810内部电路框图如图4所示。

图4，TEF810射频收发芯片电路框图

评估板上的收发天线采用10单元串联馈电的直线贴片阵列，阵列单元符合契比雪夫最优分布，4路接收天线间隔0.5个波长，3个发天线间隔为2个波长，这样可以实现3发4收的MIMO配置，等效于12个间隔为0.5波长虚拟线性接收阵列。串联馈电直线阵列中心谐振频率为79GHz，中心频率处的增益为12.9dBi，半功率带宽可以实现垂直角12度，水平角80度。评估板实物如图5所示。

图5，天线评估板实物图

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雷达信号处理器

S32R274是一款汽车级的、基于PowerPC架构的32-bit多核处理器，作为77GHz车载雷达方案中数据分析决策核心，除了具有通用软件处理能力和丰富的汽车总线接口，S32R274更具有强大的雷达信号处理能力，满足现代波束赋形和快啁啾调制对计算能力的要求，其内部集成的独特的信号处理加速单元可实现快速傅里叶变换、窗函数处理、FIR滤波、峰值检索、矢量计算以及柱状图分析等。

S32R274支持ASIL汽车安全应用以及增加了一些符合SHE要求的防篡改特征。S32R274高集成度处理器可以帮助客户实现紧凑，安全可靠，低成本高性能的雷达解决方案。S32R274评估板示意图如图5。

图6，S32R274处理器评估板

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软件开发工具

和上述硬件方案配套提供的软件开发工具RadarSDK非常便于客户实现软件开发，它提供了RF和SPT抽象层的软件标示，便于客户基于RadarSDK开发更高级别算法，软件包含基本的2D-FFT变化、二维峰值搜索+恒虚警率检测、数字波束赋形。波达方向角估计。信号处理流程框图如图7。

图7，77GHz雷达信号处理流程框图

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全方位技术支持

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