Integrierte Radarsensoren Radarsystem-on-Chip für Industrie und Automobil

Evaluationboard mit Radar-SoC von Texas Instruments erkennt einen Sikiziumwafer als "Metall"
Evaluationboard mit Radar-SoC von Texas Instruments erkennt einen Sikiziumwafer als "Metal"

Seit neun Jahren arbeitet Texas Instruments an einem Radarsensor-IC, mit dem Radarsensoren für den Einsatz in der Industrie und im Automobil kleiner, leistungsfähiger und billiger als bisher als bisher realisiert werden können. Nun wurden die ersten fünf Chips vorgestellt.

Gängige Radarsensoren für den Bereich 76 bis 81 GHz werden aus mehreren Bausteinen zusamengesetzt, z.B. Sender, Empfänger, Verstärker, ADU/DAU sowie einem Mikroprozessor. Texas Instruments hat alle fünf Blöcke in einen CMOS-Chip integriert, damit Entwickler einfacher und schneller neue Anwendungen für die Radarsensorik realisieren können. Die neue Reihe von Radar-Sensor-ICs bei Texas Instruments besteht zunächst aus fünf Bausteinen, die sich in zwei Familien unterteilen: „Automobil“, mit den Anfangsbuchstaben „AWR“ in der Typbezeichnung, und „Industrie“, mit den Anfangsbuchstaben „IWR“. Innerhalb einer Familie stehen Entwicklern jeweils zwei Integrationsstufen zur Auswahl: Radar-Transceiver plus Mikrocontroller (AWR/IWR1443) oder Radar-Transceiver mit integriertem Mikrocontroller und integriertem Signalprozessor (AWR/IWR1642). Für den Einsatz im Automobil bietet Texas Instruments auch nur die Radar-Transceiver an (AWR1243), der dann statt mit einer Abtastrate von 10 MS/s mit 37,5 MS/s arbeitet und eine ZF-Bandbereite von 15 MHz statt 5 MHz hat. In allen Bausteinen ist ein Radar-Transceiver integriert, mit zwei oder drei Sende- und vier Empfangsstufen, der im Bereich 76 GHz bis 81 GHz mit einer Bandbreite von 4 GHz arbeitet. Die dazugehörende Software-Entwicklungumgebung unterstützt alle fünf Radar-SoCs. Entwickler können ihren Code leicht auf einen anderen Radar-SoC portieren.

Integration löst bisherige Problemstellungen

 

Bisher mussten sich Entwickler von Radarsensoren mit komplexen Schaltungen auseinandersetzen, was entsprechend viel Entwicklungszeit kostet. Die fertigen Radarsensoren fielen auch größer aus und benötigten mehr Leistung als künftige Radarsensoren, die auf der neuen Radar-SoC-Familie von Texas Instruments basieren – und arbeiteten bisher auch weniger genau. Texas Instruments vermeldet Stolz, dass ihre Radarsensor-ICs um den Faktor zehn genauer arbeiten als bisher übliche Radarsensoren – sie könnten die Dicke eines menschlichen Haares erfassen – und dass sie mit 150 mW nur ein Viertel der Leistung heute gängiger Radarsensoren benötigen. Bei einer Reichweite von bis zu 300 m gibt Texas Instruments an, die Entfernung mit einer Auflösung <4 cm zu erfassen. Entfernungsänderungen können mit einer Genauigkeit <50 um detektiert werden, was auch das Messen der Geschwindigkeit von sich schnell bewegenden Objekten ermöglicht.

Durch die Integration der einzelnen Blöcke für einen Radarsensor in einem CMOS-Chip (SoC) – gefertigt in einem 45-nm-Prozess – ist es möglich ein Radarsensormodul mit Antennen auf einer 25 x 25 mm2 großen Leiterplatte aufzubauen. Das Radar-SoC selbst misst nur 10,4 x 10,4 mm2. Texas Instruments nutzt für seine Radarsensoren eine Frequenzmodulation (FMCW – Frequency-Modulated Continuous Wave), sendet also mit konstanter Amplitude und arbeitet nicht mit Pulsen um Distanz, Winkel und Geschwindigkeit zu erfassen. Dabei wird die Trägerfrequenz linear steigend moduliert, sogenannte „Chirp“-Signale gesendet.