據(jù)貝哲斯咨詢的數(shù)據(jù)，2022年全球汽車毫米波雷達(dá)市場規(guī)模達(dá)到492.35億人民幣，預(yù)測至2028年，全球汽車毫米波雷達(dá)市場規(guī)模將會達(dá)到2858.93億元，預(yù)測期間內(nèi)將達(dá)到33.78%的年均復(fù)合增長率。毫米波雷達(dá)的創(chuàng)新技術(shù)突破和應(yīng)用將會讓未來汽車變得更加智能化，衛(wèi)星架構(gòu)雷達(dá)將會伴隨著域控架構(gòu)的發(fā)展而逐漸普及。而在汽車智能化的同時不可忽視的另一個基礎(chǔ)要素是安全，這對于基礎(chǔ)電源類器件提出了更高集成度、更高冗余和更高功能安全的要求。

圍繞著汽車更加智能化和安全化兩大趨勢，TI在CES2024上發(fā)布了全新衛(wèi)星架構(gòu)單片毫米波雷達(dá)“AWR2544”、接觸器驅(qū)動器“DRV3946-Q1”和爆管驅(qū)動器“DRV3901-Q1”。

為衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)做好準(zhǔn)備

為了實現(xiàn)更高等級自動駕駛，汽車制造商開始不斷優(yōu)化汽車架構(gòu)，譬如雷達(dá)等傳感器的數(shù)量也不斷增多，四個角雷達(dá)+一個前向激光雷達(dá)開始成為一種流行的方案。而這么多的數(shù)據(jù)需要一種更高效的處理方式。隨著汽車計算架構(gòu)發(fā)展和雷達(dá)數(shù)量增加，為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)更高效的數(shù)據(jù)傳輸和計算效能，一種名為衛(wèi)星架構(gòu)雷達(dá)也開始出現(xiàn)。

?傳統(tǒng)雷達(dá)架構(gòu)：雷達(dá)直接連接到ADAS ECU

?衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)：雷達(dá)連接至中央ECU

在傳統(tǒng)架構(gòu)中，為了加速整個鏈路的效能，減少ADAS ECU的計算負(fù)擔(dān)，雷達(dá)模塊上需要進(jìn)行更多的計算，將計算之后的數(shù)據(jù)再傳輸?shù)紸DAS ECU中進(jìn)行融合。而在衛(wèi)星架構(gòu)中，雷達(dá)模塊中不需要再進(jìn)行高階的計算工作，只需要進(jìn)行一些基本的感知數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后就可以通過高速鏈路傳輸至中央ECU，由中央ECU中進(jìn)行多傳感數(shù)據(jù)處理、計算和融合，然后由ADAS來進(jìn)行決策即可。

采用衛(wèi)星架構(gòu)之后的益處頗多，一是提高了雷達(dá)部署的靈活性，降低了角雷達(dá)的發(fā)熱量和成本等；二是提高了各個雷達(dá)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，可以融合構(gòu)建雷達(dá)維度的環(huán)視模型，還可以進(jìn)一步與其他傳感器數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而大大提高了ADAS系統(tǒng)判斷的準(zhǔn)確性。

據(jù)德州儀器資深現(xiàn)場應(yīng)用工程師Chris Meng介紹，衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)是一個新概念，它源于自動駕駛技術(shù)發(fā)展中汽車制造商的架構(gòu)優(yōu)化。雖然這一概念目前尚處于初期階段，但它無疑標(biāo)志著汽車?yán)走_(dá)架構(gòu)未來的發(fā)展方向。汽車制造商正積極研究如何將衛(wèi)星雷達(dá)有效集成，并探索相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計。此外，衛(wèi)星雷達(dá)的采用與模組成本密切相關(guān)。采用衛(wèi)星雷達(dá)意味著雷達(dá)的數(shù)量將增加，雖然這會降低單個雷達(dá)的靈活性，但從性能角度來看，衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)將提供更優(yōu)越的性能。

雖然衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)前的大部分傳統(tǒng)雷達(dá)傳感器芯片并沒有對衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。為了適應(yīng)自動駕駛不斷發(fā)展的技術(shù)趨勢，德州儀器專門針對衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)，設(shè)計了一款先進(jìn)的單芯片雷達(dá)傳感器，也就是在此次CES 2024上發(fā)布的“AWR2544”。

據(jù)悉，AWR2544是TI推出的第二代自發(fā)自收毫米波傳感器，采用了創(chuàng)新的波導(dǎo)接口封裝技術(shù)，即LOP（Launch-on-Package）。LOP技術(shù)使得傳感器模塊尺寸縮小30%，并顯著提高射頻性能，使檢測距離能夠擴(kuò)展到200米以上。AWR2544不僅增加了天線的收發(fā)數(shù)，提高了天線精度，還通過天線和傳感器的融合以及增強(qiáng)的ADAS決策功能，實現(xiàn)了更高級別的自動化。此外，該芯片集成了專門硬件加速器，能夠在芯片上完成雷達(dá)信號的必要處理（如一維FFT處理等），并將處理結(jié)果輸出到中央處理器，從而減輕中央處理器的負(fù)擔(dān)。

值得一提的是，TI設(shè)計的AWR2544芯片天線位于芯片的另一面，進(jìn)一步減小了體積，因為天線不占用PCB板的面積。這種設(shè)計的核心來自而LOP技術(shù)，與傳統(tǒng)使用PCB板天線的設(shè)計不同，它允許封裝上的射頻信號直接傳輸?shù)讲▽?dǎo)天線，省去了PCB板上的過渡層。這不僅降低了損耗，還通過3D波導(dǎo)芯片實現(xiàn)了更大的視場角（FOV）和更高的增益。

Chris Meng強(qiáng)調(diào)，TI采用LOP技術(shù)，考慮到波導(dǎo)天線設(shè)計提高了天線的信噪比和在同樣的角度分辨率下的最大判斷距離。此外，LOP技術(shù)還降低了成本，因為它允許使用普通材料制作高頻天線，減少了用戶PCB板的制造成本。使用LOP后，無需微孔，進(jìn)一步節(jié)省PCB成本。利用LOP技術(shù)，天線和螺絲可固定在板上，使得FOV和增益固定，但為用戶提供更高的靈活性。例如，使用相同的PCB板，僅通過替換波導(dǎo)天線，就可以實現(xiàn)不同的天線FOV和增益。

驅(qū)動器升級，為汽車帶來更高安全性

隨著汽車市場對安全性和效率要求的提升，現(xiàn)有的高壓電動汽車動力總成系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)。尤其是在電池管理系統(tǒng)（BMS）方面，客戶要求達(dá)到ASIL-D的最高安全標(biāo)準(zhǔn)。但目前，高壓開關(guān)的多芯片方案復(fù)雜且效率低下。

針對這一問題，德州儀器此次在CES 2024上帶來的兩款新型集成驅(qū)動芯片，旨在實現(xiàn)系統(tǒng)級功能安全同時簡化設(shè)計過程，還能夠帶來智能的診斷功能和更節(jié)能高效的體驗。全新驅(qū)動器分別是集成式的接觸器驅(qū)動器（Contactor Driver）——“DRV3946-Q1”和集成式爆管驅(qū)動器（Pyrofuse Driver）——“DRV3901-Q1”。

【DRV3946-Q1】

DRV3946-Q1是一款集成的接觸系統(tǒng)驅(qū)動器，主要用于Contactor（接觸器）驅(qū)動。它具備三大優(yōu)勢：首先該驅(qū)動器具備的峰值電流能夠快速吸合繼電器，通過瞬間吸合提升系統(tǒng)安全性；此外它還配備了保持電流控制器，可以在系統(tǒng)吸合后通過較小的電流維持吸合狀態(tài)，這一方面減少了芯片自身的發(fā)熱，降低了系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性；另一方面有效節(jié)省系統(tǒng)功耗，從而減少了對整體電池功率的消耗。第三，DRV3946-Q1還具備廣泛的應(yīng)用性，除了螺旋管類型的電流控制外，該方案還可用于驅(qū)動各種不同類型的繼電器和開關(guān)。

【DRV3901-Q1】

在混合動力汽車（HEV）和電動汽車（EV）中，主電路通常會裝配保險絲，以應(yīng)對過流和熔斷情況。由于高壓對器件的破壞性非常大，一旦發(fā)生短路，不僅對器件造成嚴(yán)重?fù)p害，還可能影響人身安全。因此，及時檢測故障并迅速切斷電源至關(guān)重要，以避免對人員和車輛造成進(jìn)一步的破壞。在功能安全要求較高的情況下，通常會選擇使用主動保險絲。這種保險絲的主動性更強(qiáng)，反應(yīng)時間更短，能夠迅速達(dá)到功能安全的目標(biāo)，有效保護(hù)我們的安全。

DRV3901-Q1就是這樣一款創(chuàng)新的Pyrofuse Driver，其主要特點(diǎn)在于通過單芯片方案驅(qū)動封閉式電路，顯著降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。這與市場上常見的兩種Pyrofuse驅(qū)動方案——復(fù)雜的離散芯片方案和舊式解決方案相比，DRV3901-Q1不僅系統(tǒng)復(fù)雜性更低，而且效率更高。它不僅簡化了設(shè)計，還通過集成診斷功能提高了設(shè)計的可靠性。此外，DRV3901-Q1具備溫度和電流信號輸入，增強(qiáng)了斷開信號的智能性和可靠性，同時也支持SPI編程，允許用戶通過軟件設(shè)置電流和時間曲線，以適應(yīng)不同類型的Pyrofuse，從而大幅提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。這些特點(diǎn)使DRV3901-Q1成為一種高效、可靠且靈活的Pyrofuse驅(qū)動解決方案，優(yōu)化了設(shè)計過程并提升了系統(tǒng)性能。

據(jù)德州儀器系統(tǒng)工程師Bing Zhou介紹，相比于傳統(tǒng)的熔斷保險絲，DRV3901-Q1相當(dāng)于一種主動觸發(fā)的“爆管”驅(qū)動器。它的工作原理是在檢測到系統(tǒng)過流或信號過弱等不可接受的情況時，會激活Pyrofuse Driver。隨后，Pyrofuse Driver發(fā)出信號，觸發(fā)爆炸管。這個爆炸足以擊穿內(nèi)部的鋼管，從而實現(xiàn)斷電的目標(biāo)，但不會破壞芯片的阻燃材質(zhì)外殼。一旦觸發(fā)爆炸，系統(tǒng)就不可修復(fù)，需要返廠維修。這意味著該系統(tǒng)僅在特殊情況下觸發(fā)，一般不用于常規(guī)操作。

DRV3901-Q1是單通道的器件，而TI也正在規(guī)劃雙通道的DRV3902，旨在進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和安全性：如果其中一個通道發(fā)生故障，另一個通道可以作為冗余來驅(qū)動Pyrofuse。

【全新的驅(qū)動器系列：DRV39XX】

DRV3901-Q1和DRV3946-Q1是TI推出的全新DRV39XX系列驅(qū)動器產(chǎn)品，相對于上一代DRV89系列多路半橋設(shè)計，DRV39系列集成了更多的診斷功能和功能安全特性。這些驅(qū)動器可以通過SPI接口調(diào)節(jié)驅(qū)動電流和時間，因此被稱為可編程驅(qū)動器。內(nèi)部集成的診斷功能能夠檢測外部Contactor的開路、短路和粘連情況，這使得驅(qū)動器更加智能化。而驅(qū)動器的功能安全性來自兩個方面：一是能夠診斷外部負(fù)載及自身狀態(tài)；二是其開發(fā)過程遵循功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262，確保器件級開發(fā)流程的安全認(rèn)證。

對于市場上其他同類產(chǎn)品，德州儀器現(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理Alpha Han指出，當(dāng)前市場上的類似方案通常采用離散電路實現(xiàn)，這導(dǎo)致了更高的復(fù)雜性和能耗。DRV3901-Q1和DRV3946-Q1的出現(xiàn)，代表了市場上此類產(chǎn)品的重要進(jìn)步，提供了更高效、智能化的解決方案。在需要快速響應(yīng)和高功能安全性的汽車應(yīng)用中，DRV3901-Q1和DRV3946-Q1變得越發(fā)重要。

結(jié)語

近幾年的CES被大家稱為“車展”，各種汽車應(yīng)用推陳出新，蓬勃發(fā)展。而CES2024上，除了AIGC這一新的熱點(diǎn)外，汽車仍是最受各方關(guān)注的重點(diǎn)。產(chǎn)業(yè)上下游各方都紛紛展示了自己在汽車領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)和解決方案。而TI此次在CES 2024上發(fā)布的全新衛(wèi)星架構(gòu)單片毫米波雷達(dá)“AWR2544”、接觸器驅(qū)動器“DRV3946-Q1”和爆管驅(qū)動器“DRV3901-Q1”，標(biāo)志著其在汽車感知和驅(qū)動方面的最新技術(shù)成就，將會推動未來智能電動汽車實現(xiàn)更智能和安全的駕乘體驗。