深度解析 AWR6443 和 AWR6843 毫米波傳感器芯片

在如今的汽車電子和工業傳感領域，毫米波傳感器憑借其高精度、高可靠性等優勢，成為了眾多應用的核心組件。TI 推出的 AWR6443 和 AWR6843 單芯片 60 - 64GHz 毫米波傳感器，就是這類產品中的佼佼者。今天我們就來深入了解一下這兩款芯片。

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一、AWR6443 和 AWR6843 芯片綜述

AWR6443 和 AWR6843 是基于 FMCW 雷達技術的集成單芯片毫米波傳感器，工作頻段為 60 - 64GHz。它們采用了 TI 低功耗的 45nm RFCMOS 工藝，實現了前所未有的高度集成，非常適合用于低功耗、自我監測且高精度要求的汽車雷達系統。目前市場上有多種符合汽車標準的版本，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 雷達前端特性

• FMCW 收發器：集成了 PLL、發射機、接收機、基帶和 ADC，實現了完整的雷達信號處理鏈路。
• 寬頻段覆蓋：提供 60 - 64GHz 的覆蓋范圍，具備 4GHz 的連續帶寬，能支持高精度的距離和速度測量。
• 多通道設計：擁有四個接收通道和三個發射通道，支持 6 位移相器，有利于實現角度測量和多目標檢測。
• 高精度啁啾引擎：基于分數 N PLL，能生成精確的啁啾信號，TX 功率可達 12dBm，RX 噪聲系數為 12dB，相位噪聲在 1MHz 時為 - 93dBc/Hz。
• 內置校準與自測：具備內置的校準和自我測試功能，可確保芯片在不同環境和工作條件下的性能穩定性。

2.2 處理與存儲能力

• 處理器配置：AWR6843 配備了 C674x DSP 用于高級信號處理，而 AWR6443 則沒有該 DSP。兩者都有基于 Arm? Cortex? - R4F 的微控制器，用于目標檢測和接口控制。
• 內存分布：AWR6843 擁有 1.75MB 的內部內存，AWR6443 為 1.4MB，不同的內存分區滿足了程序運行、數據存儲和雷達數據處理的需求。

2.3 接口與安全特性

• 豐富的接口：提供了多達 6 個 ADC 通道、2 個 SPI 端口、2 個 UART、2 個 CAN - FD 接口、I2C 和 GPIOs 等，還具備 2 通道 LVDS 接口用于原始 ADC 數據和調試儀器。
• 設備安全：部分型號支持安全認證和加密啟動，可配置客戶根密鑰、對稱密鑰和非對稱密鑰，還配備了加密軟件加速器。
• 功能安全：符合功能安全標準，適用于功能安全應用，有相關文檔支持 ISO 26262 功能安全系統設計，硬件完整性可達 ASIL - B。

2.4 其他特性

• 電源管理：內置 LDO 網絡，提高了電源抑制比，I/Os 支持 3.3V/1.8V 雙電壓。
• 時鐘源：可使用 40.0MHz 晶體搭配內部振蕩器，也支持外部 40MHz 振蕩器或時鐘輸入。
• 易于設計：采用 0.65mm 間距、161 引腳的 10.4mm × 10.4mm 倒裝芯片 BGA 封裝，便于組裝和低成本 PCB 設計。
• 工作溫度范圍：結溫范圍為 - 40°C 至 125°C，能適應較惡劣的工作環境。

三、應用場景分析

3.1 車內感知應用

• 兒童存在檢測：通過毫米波傳感器的高精度檢測能力，能夠準確判斷車內是否有兒童存在，提高乘車安全性。
• 乘員檢測：可以檢測車內座位的占用情況，為車輛的安全系統和舒適性系統提供數據支持。
• 安全帶提醒：結合傳感器對座位占用情況的檢測，判斷乘客是否系好安全帶，并及時發出提醒。
• 駕駛員生命體征監測：監測駕駛員的呼吸、心跳等生命體征，有助于預防疲勞駕駛和突發健康問題。

3.2 其他應用

• 踢腿傳感器/訪問傳感器：可用于車輛的智能開門系統，通過檢測踢腿動作實現無鑰匙進入。
• 入侵者檢測：在車輛停放時，檢測是否有非法入侵者進入車輛附近。
• 基于手勢的人機界面：實現通過手勢控制車輛的某些功能，如調節音量、切換音樂等，提升用戶體驗。

四、芯片對比

4.1 與其他型號對比

文檔中給出了 AWR6843AOP、AWR1843AOP、AWR1843、AWR1642、AWR1443、AWRL6432 和 AWRL1432 等型號的對比。AWR6443 和 AWR6843 在 RF 頻率范圍、天線配置、內存容量等方面與其他型號存在差異。例如，AWR6443 和 AWR6843 的 RF 頻率范圍為 60 - 64GHz，而 AWR1843 等型號為 76 - 81GHz。

4.2 AWR6443 與 AWR6843 差異

兩者的主要差異在于 AWR6843 配備了 C674x DSP 用于高級信號處理，而 AWR6443 沒有，這使得 AWR6843 在處理復雜信號和算法時具有更強的能力。同時，兩者的內部內存分布也有所不同。

五、引腳與信號說明

5.1 引腳圖

芯片采用 161 引腳的 FCBGA 封裝，文檔中提供了詳細的引腳圖，包括整體引腳位置和四個象限的拆分圖，方便工程師進行 PCB 設計和布局。

5.2 信號描述

詳細說明了各種信號的名稱、引腳類型、描述和球號，包括數字信號和模擬信號。例如，數字信號中的 CAN1_FD_RX、CAN1_FD_TX 用于 CAN - FD 通信，模擬信號中的 TX1、TX2、TX3 為發射機輸出。同時還給出了一些注意事項，如非故障安全引腳的使用和 GPIO 狀態的處理。

5.3 引腳屬性

文檔提供了引腳屬性表，包括球號、球名、信號名、引腳控制地址、模式、類型、球復位狀態和上下拉類型等信息，有助于工程師進行引腳配置和功能選擇。

5.4 寄存器映射

介紹了 PAD IO 控制寄存器和寄存器位描述，工程師可以通過配置這些寄存器來實現不同的引腳功能和信號特性。

六、規格參數詳解

6.1 絕對最大額定值

規定了芯片在各種電源電壓、輸入輸出電壓、工作溫度和存儲溫度等方面的絕對最大額定值，使用時必須嚴格遵守這些參數，以避免芯片損壞。

6.2 ESD ratings

給出了芯片的靜電放電（ESD）額定值，包括人體模型（HBM）和充電設備模型（CDM），這對于保證芯片在使用和運輸過程中的可靠性非常重要。

6.3 功率 - 小時（POH）

說明了不同結溫下芯片的功率 - 小時數，這些數據是在特定條件下（使用默認固件增益表的最大 Tx 輸出功率設置）得到的，為芯片的長期可靠性評估提供了參考。

6.4 推薦工作條件

詳細列出了芯片在各種電源電壓、輸入輸出電壓、時鐘頻率等方面的推薦工作條件，按照這些條件使用芯片可以確保其性能和穩定性。

6.5 VPP 規格

對于支持一次性可編程（OTP）eFuses 的認證啟動設備，規定了編程時的 VPP 電源供應條件和硬件要求，同時提醒了使用 eFuse 可能對硬件保修的影響。

6.6 電源供應規格

介紹了芯片的四個電源供應軌，包括 1.8V、1.3V（或 1V 內部 LDO 旁路模式）、3.3V（或 1.8V）和 1.2V，以及各軌的供電對象和相關引腳。同時給出了電源紋波規格，以滿足 RX 的目標雜散電平要求。

6.7 功耗總結

包括最大電流額定值和平均功耗，在不同的工作模式和配置下，芯片的功耗有所不同，這些數據對于電源設計和系統功耗優化非常重要。

6.8 節能模式

支持 RF 功率下降狀態和 APLL 功率下降狀態，文檔給出了狀態轉換圖，工程師可以根據實際需求選擇合適的節能模式，以降低芯片功耗。

6.9 RF 規格

詳細描述了接收機和發射機的各項 RF 性能參數，如噪聲系數、1 - dB 壓縮點、最大增益、增益范圍、IF 帶寬、ADC 采樣率等，這些參數是評估芯片雷達性能的關鍵指標。

6.10 CPU 規格

雖然文檔中給出的 CPU 規格部分信息不完整，但說明了 DSP 子系統和主子系統的相關信息，工程師可以參考這些信息進行系統的軟件設計和算法實現。

6.11 熱阻特性

提供了 FCBGA 封裝的熱阻特性數據，包括結 - 殼、結 - 板、結 - 自由空氣和結 - 移動空氣等熱阻參數，對于芯片的散熱設計和熱管理具有重要意義。

6.12 時序和開關特性

• 電源供應排序和復位時序：給出了設備喚醒序列的邏輯圖，規定了外部電壓軌的穩定要求和復位信號的時序，確保芯片正常啟動。
• 輸入時鐘和振蕩器：介紹了芯片的時鐘源要求，包括晶體和外部時鐘的電氣特性，以及時鐘配置和相關計算公式，對于時鐘電路的設計非常關鍵。
• 多緩沖/標準串行外圍接口（MibSPI）：詳細描述了 MibSPI 的功能、RAM 組織、時序條件和控制模式切換參數，為 SPI 通信接口的設計提供了依據。
• LVDS 接口配置：說明了 LVDS 接口的配置和支持的數據速率，以及接口的電氣特性和時序要求，用于調試和數據傳輸。
• 通用輸入/輸出（GPIO）：給出了 GPIO 輸出時序與負載電容的切換特性，工程師可以根據負載情況選擇合適的驅動強度和時序參數。
• 控制器區域網絡 - 靈活數據速率（CAN - FD）：介紹了芯片集成的兩個 CAN - FD 接口的功能、特性和動態性能，適用于汽車網絡通信。
• 串行通信接口（SCI）：說明了 SCI 的功能和時序要求，支持標準 UART 通信。
• 集成電路接口（I2C）：描述了 I2C 模塊的功能、特性和時序要求，符合 Philips I2C 總線規范。
• 四串行外圍接口（QSPI）：介紹了 QSPI 模塊的功能、特性、時序條件和輸入/輸出時序要求，主要用于從四 - SPI 閃存存儲器快速啟動。
• ETM 跟蹤接口：給出了 ETM 跟蹤接口的時序條件和開關特性，用于芯片的調試和跟蹤。
• 數據修改模塊（DMM）：介紹了 DMM 的功能和時序要求，可用于向設備內存寫入外部數據。
• JTAG 接口：說明了 JTAG 接口的時序條件和相關參數，用于芯片的調試和測試。

七、詳細描述

7.1 概述

AWR6843 適用于對內存、處理能力和應用代碼大小要求適中的雷達應用，如汽車兒童存在檢測、乘員檢測等。同時，它也可以與低端外部 MCU 配合，處理更復雜的應用。

7.2 功能框圖

展示了芯片的功能模塊組成，包括串行閃存接口、Cortex R4F 處理器、IF ADC、雷達硬件加速器、DSP 子系統等，有助于工程師理解芯片的內部架構和工作原理。

7.3 子系統分析

• RF 和模擬子系統：包含了射頻和模擬電路，如合成器、PA、LNA、混頻器、IF 和 ADC 等。三個發射通道在 1.3V 模式下最多可同時運行兩個，在 1V LDO 旁路和 PA LDO 禁用模式下可同時運行三個。
• 時鐘子系統：由 40 - MHz 晶體輸入產生 60 - 64GHz 頻率，具有內置振蕩器、清理 PLL 和 RF 合成器電路，還能為處理器提供參考時鐘，并具備晶體檢測和時鐘質量監測機制。
• 發射子系統：由三個并行發射鏈組成，支持 6 位線性相位調制和可編程功率回退，可用于 MIMO 雷達。
• 接收子系統：包含四個并行通道，采用復雜基帶架構，支持復數 I 和 Q 輸出，適用于快速啁啾系統。
• 處理器子系統：包括客戶可編程的 DSP 子系統和主子系統。DSP 子系統包含 C674x DSP、硬件加速器和相關內存，主子系統包含 Cortex - R4F 處理器和各種外設。
• 汽車接口：通過 2 個 CAN - FD 模塊與汽車網絡通信。
• 主機接口：可通過 SPI、UART 或 CAN - FD 接口與主機雷達處理器通信，提供參考時鐘、控制、復位、中斷和錯誤信號。
• 主子系統 Cortex - R4F：運行用戶應用程序，控制設備的整體操作和雷達信號處理。
• DSP 子系統：包含 TI 的 TMS320C674x 模塊和內部內存，可用于高級信號處理。
• 硬件加速器：用于卸載 FMCW 雷達信號處理中的常用計算任務，提高處理效率。

  7.4 其他子系統

• ADC 通道：可用于用戶應用的外部電壓測量，由 BIST 子系統控制，通過 API 進行配置和訪問。

  7.5 啟動模式

  芯片的啟動模式由“Sense on Power”（SOP）引腳配置，包括功能模式、閃存模式和調試模式。不同模式下，芯片的啟動流程和操作不同。

八、監測與診斷

8.1 監測與診斷機制

文檔列出了功能安全符合器件的主要監測和診斷機制，包括硬件邏輯 BIST（LBIST）、可編程內存 BIST（PBIST）、ECC 診斷、時鐘監測、看門狗、MPU 等，這些機制可以提高芯片的可靠性和安全性。

8.2 錯誤信號模塊

芯片的架構提供了錯誤信號模塊（ESM），用于聚合內部診斷機制的故障指示，對錯誤進行分級并提供可編程的錯誤響應。

九、應用、實現與布局

9.1 應用信息

應用信息可在 AWR 應用網頁上查找，工程師可以根據實際需求選擇合適的應用場景和配置。

9.2 參考原理圖

最新的硬件設計信息可在設備產品頁面的設計套件中查找，包括設計文件、原理圖、布局和 PCB 堆疊等，為工程師的設計提供了參考。

十、設備與文檔支持

10.1 設備命名規則

TI 為設備和支持工具分配了前綴和后綴，用于表示產品的開發階段和特性。工程師在選擇和使用設備時，需要了解這些命名規則。

10.2 工具與軟件

提供了 xWR6843 的 BSDL 模型、IBIS 模型和原理圖/布局/喚醒檢查清單等工具和軟件，幫助工程師進行電路設計、仿真和調試。

10.3 文檔支持

可以通過 ti.com 上的設備產品文件夾注冊接收文檔更新通知，還提供了設備勘誤表等文檔，用于解決已知問題和了解注意事項。

10.4 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速答案和設計幫助的重要渠道。

10.5 商標說明

介紹了相關商標的歸屬，避免知識產權糾紛。

10.6 靜電放電注意事項

提醒工程師在處理芯片時要注意靜電放電問題，防止芯片損壞。

10.7 術語表

提供了 TI 術語表，幫助工程師理解文檔中使用的術語和縮寫。

十一、機械、封裝與訂購信息

11.1 封裝信息

文檔提供了 ABL0161 封裝的機械尺寸圖、示例電路板布局和示例鋼網設計，為 PCB 設計和生產提供了詳細的參考。

11.2 托盤信息

對于采用托盤包裝的器件，給出了托盤的尺寸和相關參數，以及不同型號的托盤包裝信息。

綜上所述，AWR6443 和 AWR6843 芯片在汽車電子和工業傳感等領域具有廣泛的應用前景。通過深入了解芯片的特性、規格、應用和支持信息，工程師可以更好地進行系統設計和開發，實現高性能、高可靠性的毫米波傳感器應用。希望本文能對大家在使用這兩款芯片時有所幫助，如果你在設計過程中遇到任何問題，歡迎在評論區留言交流。