雷达实战之射频前端配置说明

news2024/12/22 2:27:17

在无线通信领域，射频系统主要分为射频前端,以及基带。从发射通路来看，基带完成语音等原始信息通过AD转化等手段转化成基带信号，然后经过调制生成包含跟多有效信息，且适合信道传输的信号，最后通过射频前端将信号发射出去，前端主要包括功放（PA）,天线开关（Switch），以及滤波器（Filter）等。从接收通路来看，前端主要包含天线开关，滤波器，低噪声放大器，基带通过解调，以及信号转化将信号还原成原始信息。
车载雷达的SoC基本也分为雷达前端（Radar Front End）与剩余部分，前端更细的话还能有一部分称为射频/模拟前端（RF/Analog）。本文以现有成熟的雷达Soc集成电路（Ti公司AWR1642）结构为蓝本，分析针对雷达前端的部分参数配置。 🌏

作为一个嵌入式工程师，每每看到成百上千页的芯片手册，总会有种无从下手的感觉涌上心头。要解决这个问题💪，需要用结构化的思维去对Soc进行功能上的归类。大的类别可以通过Soc的功能框图（Function Block Diagram）来分解，具体到针对每个功能，则需要根据它的功能描述（Function Description）来进行进行归类。我们本文讲的雷达前端参数，通过下图这个结构来进行逐步的说明分析

接收通道配置说明

上图是接收系统单通道（Per Channel Receive Subsystem）的功能结构图，不像简易的只读接收器，它通过正交混频器（quadrature mixer），和两路中频处理以及模数转换链路来提供信号的实部（I）分量与虚部(Q)分量[1]。这个结构不仅提供了信号抽取，I/Q校准,镜像抑制等功能，甚至提供了数字结果回灌测试。下面说明一下接收通道需要配置的参数。

滤波器与接收增益

接收通道中频处理链路中的滤波器由低通滤波器（LPF）与高通滤波器组（HPFs）组成，他们各有自己的用途。

低通滤波器是为了将高频的杂波过滤掉，将中频信号能够通过。

两个高通滤波器级联，两个高通滤波器将会抑制一个边带的噪声，这个噪声是由FMCW体制的雷达所具有的本振泄露问题导致的。

低通滤波器的配置一般涉及一个低通起始频率和一个低通带宽，为0.9*adc采样频率。而高通滤波器需要配置高通截止频率，相关详细的内容可点击这里跳转到Ti的论坛存档进行了解。

接收增益针对每个通道配置增益大小即可，单位为dB。

发射通道配置说明

上图是接收系统单通道（Per channel Transmit Subsystem）的功能结构图。这里同时画出了SPI的从设备控制器，MCU可以通过SPI协议来配置片上的寄存器组和发出一些诸如发波的控制指令。这里着重说明一下SYNC信号的作用，这个信号为FMCW同步信号，每一段扫频的开始处调频控制器都会输出同步信号（ramp sync），在数据处理时可以用于屏蔽建立时间内（斜率突变的起始段）的误差数据，其脉冲的宽度可配置。下面说明一下发送通道需要配置的参数。

锁相环+压控振荡器+功率放大器配置说明

根据工作频率与调频带宽，可选择配置选择不同的压控振荡器，然后根据初始频率配置锁相环初始频率值的整数部分与小数部分，锁相环中的调谐电容也可根据线性调频斜率配置，若此扫频段定义为快速扫频（频率快速切换/归位），建议电容选择最小值。

功率放大器针对每个通道配置发射功率，单位为dBm。

PLL读者可以理解为可以将不同频率输入的震荡信号倍频或者分频成我们需要的频率，锁相环这个名称是是它实现这一目的的原理，下图是Ti的LMX2491,可帮助读者进一步理解PLL。

FMCW 调频控制器

调频控制器可通过编程控制生成扫频波形的控制信号，控制片内非整数锁相环实现灵活的宽频带扫描频率输出。

上图画出的是调频波形与同步信号的关系，上半部分是调频控制器输出信号随着时间频率变化曲线，下半部分是前端输出的同步信号。调频控制器的波形文件主要配置说明如下：

参数名称	参数含义	配置说明
调频斜率	调频扫描单位时间步进频率，其中的单位时间为芯片时钟基准源时钟周期（若基准源头是40MHz，则对应25us时间）	根据目标最大速度等指标需要配置
扫描时长	频率扫描时长，配置的参数单位也是以芯片时钟基准源的时钟周期（若要配置扫描时长为25us，则配置寄存器为1）	根据距离分辨率等指标按需要配置
同步信号时长	针对上图定义，则为同步信号维持低电平的时长，配置的参数单位是以芯片时钟基准源的时钟周期（若要配置扫描时长为25us，则配置寄存器为1）	根据FADC频率以及需要采集的点数进行配置