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

為了支持高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)，汽車(chē)上安裝的雷達(dá)傳感器數(shù)量越來(lái)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(chē)工程師學(xué)會(huì)定義的 L2 級(jí)自動(dòng)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(chǎng)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(cè)和測(cè)量與前方車(chē)輛的距離。

圖 1：前置雷達(dá)系統(tǒng)旨在檢測(cè)和測(cè)量與前方車(chē)輛的距離

由于具備 L2 級(jí)及更高自動(dòng)駕駛級(jí)別的下一代汽車(chē)將爭(zhēng)相以越來(lái)越低的成本向消費(fèi)者提供這些自動(dòng)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(shì)

自動(dòng)駕駛車(chē)輛傳感器架構(gòu)取決于車(chē)輛的自動(dòng)駕駛能力級(jí)別。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(lái)構(gòu)建車(chē)輛前方世界的虛擬圖像。通過(guò)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(kāi)障礙物。

雷達(dá)通過(guò)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波，并接收由路徑上物體反射的無(wú)線(xiàn)電波來(lái)檢測(cè)物體。然后，雷達(dá)會(huì)測(cè)量從發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波到傳感器檢測(cè)到無(wú)線(xiàn)電波之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間，從而計(jì)算出物體的距離。在 L2 級(jí)或更高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車(chē)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(cè)范圍的中距離雷達(dá)傳感器和一個(gè)支持高達(dá) 250m 探測(cè)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(jí)制造商開(kāi)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(kāi)銷(xiāo)。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(duì)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(jí)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(jí)同步，精度達(dá)到納秒級(jí)。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(dòng)駕駛操作的優(yōu)勢(shì)

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(jí)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(huì)被傳送回雷達(dá)電子控制單元。然后，DP83TC817S-Q1 測(cè)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(wú)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(jí)同步更高的精度。

結(jié)語(yǔ)

以太網(wǎng) PHY 收發(fā)器通過(guò)簡(jiǎn)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(chē)架構(gòu)的精度、效率和探測(cè)范圍，從而能夠滿(mǎn)足 OEM 和一級(jí)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(kāi)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(wú)疑將縮短下一代 L2 級(jí)及更高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車(chē)的開(kāi)發(fā)周期。