帶硬件同步功能的以太網(wǎng) PHY 擴(kuò)大了汽車?yán)走_(dá)的覆蓋范圍

為了支持高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)，汽車上安裝的雷達(dá)傳感器數(shù)量越來越多，其中包括多個(gè)中距離和遠(yuǎn)距離雷達(dá)，用于支持汽車工程師學(xué)會定義的 L2 級自動駕駛。雖然這種雷達(dá)組合可以實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行所需的前向掃描范圍，并且到目前為止已經(jīng)足夠，但在成本敏感型市場中，由于所面臨的要求不斷變化，原始設(shè)備制造商 (OEM) 需要新的設(shè)計(jì)解決方案。

圖 1展示了前置雷達(dá)系統(tǒng)如何檢測和測量與前方車輛的距離。

圖 1：前置雷達(dá)系統(tǒng)旨在檢測和測量與前方車輛的距離

由于具備 L2 級及更高自動駕駛級別的下一代汽車將爭相以越來越低的成本向消費(fèi)者提供這些自動駕駛功能，因此需要優(yōu)化的硬件和軟件。

現(xiàn)代架構(gòu)：當(dāng)今形勢

自動駕駛車輛傳感器架構(gòu)取決于車輛的自動駕駛能力級別。實(shí)現(xiàn)自動駕駛操作需要實(shí)時(shí)收集和處理大量傳感器數(shù)據(jù)。如果傳感器同步工作，特殊的軟件可以使用傳感器數(shù)據(jù)來構(gòu)建車輛前方世界的虛擬圖像。通過這個(gè)虛擬圖像，ADAS 微控制器 (MCU) 便可計(jì)算出正確的路徑或避開障礙物。

雷達(dá)通過發(fā)射無線電波，并接收由路徑上物體反射的無線電波來檢測物體。然后，雷達(dá)會測量從發(fā)射無線電波到傳感器檢測到無線電波之間經(jīng)過的時(shí)間，從而計(jì)算出物體的距離。在 L2 級或更高級別自動駕駛汽車的典型應(yīng)用中，雷達(dá)傳感器的組合包括三到五個(gè)支持高達(dá) 150m 探測范圍的中距離雷達(dá)傳感器和一個(gè)支持高達(dá) 250m 探測范圍的遠(yuǎn)距離前置雷達(dá)。

這些雷達(dá)均持續(xù)以幀的形式向雷達(dá)電子控制單元提供數(shù)據(jù)。然后，由 OEM 和一級制造商開發(fā)的軟件棧負(fù)責(zé)根據(jù)中央時(shí)鐘同步各個(gè)不同的數(shù)據(jù)幀，而這需要大量的處理開銷。因此，不斷增加的數(shù)據(jù)需求在性能、功耗、尺寸和價(jià)格方面對中央處理器提出了更高的要求。

在傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (TCP/IP) 協(xié)議棧的物理層 (PHY) 上進(jìn)行幀的硬件級同步，可以顯著降低中央 ADAS MCU 的后處理需求。德州儀器 DP83TC817S-Q1 以太網(wǎng) PHY 收發(fā)器能夠使兩個(gè)或更多雷達(dá)的雷達(dá)幀在時(shí)域和頻域上實(shí)現(xiàn)硬件級同步，精度達(dá)到納秒級。圖2展示了這一概念。

圖 2：兩個(gè)雷達(dá)在時(shí)域和頻域上實(shí)現(xiàn)同步

使用硬件同步實(shí)現(xiàn) ADAS 自動駕駛操作的優(yōu)勢

OEM 已經(jīng)將以太網(wǎng)作為區(qū)域、域和混合架構(gòu)中大型系統(tǒng)的數(shù)字主干。在現(xiàn)有的 ADAS 架構(gòu)中，以太網(wǎng)用作雷達(dá)和中央計(jì)算系統(tǒng)之間的通信鏈路。在雷達(dá)子系統(tǒng)中，以太網(wǎng) PHY 將幀數(shù)據(jù)發(fā)送到中央 ADAS 計(jì)算機(jī)。

德州儀器 DP83TC817S-Q1具有多項(xiàng)高級功能，能夠利用精密時(shí)間協(xié)議 (PTP) 恢復(fù)傳入的中央時(shí)鐘。該器件的集成輸入/輸出用于觸發(fā)雷達(dá)幀，從而在多個(gè)雷達(dá)之間及時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)幀同步。這個(gè)同步的幀會被傳送回雷達(dá)電子控制單元。然后，DP83TC817S-Q1 測量接收到的雷達(dá)幀的頻率偏移，并在下一個(gè)幀周期校正雷達(dá)頻率偏移，從而使后續(xù)幀在頻域上實(shí)現(xiàn)同步。時(shí)域和頻域同步使中央 ADAS MCU 幾乎無需進(jìn)行后處理，就能使用從傳感器獲取的數(shù)據(jù)，并提供比軟件級同步更高的精度。

結(jié)語

以太網(wǎng) PHY 收發(fā)器通過簡化現(xiàn)有 ADAS 架構(gòu)并減少軟件棧處理，提高了現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)汽車架構(gòu)的精度、效率和探測范圍，從而能夠滿足 OEM 和一級制造商的需求。DP83TC817S-Q1不僅減少了 ADAS MCU 上的處理負(fù)擔(dān)，而且還縮短了完整雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)周期并提高了其性能水平，使得原先成本受限的架構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。因此，這些特性的結(jié)合無疑將縮短下一代 L2 級及更高級別自動駕駛汽車的開發(fā)周期。