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莱迪思FPGA用于实时雷达感应适配器卡

Lattice FPGAs power Real-Time Radar Adapter Cards
Posted 10/26/2020 by Kambiz Khalilian

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如果你去问过(我就尝试过),你会发现谈到雷达时,很多人都会想到飞机、轮船以及电视的夜间天气预报等场景。他们还倾向于认为雷达系统不仅庞大、笨重而且昂贵。

实际上,通过结合现代半导体技术和电磁波高频段(毫米波段),现在可以在芯片上实现雷达,为大量传感应用奠定了基础。

毫米波雷达

国际电信联盟(ITU)将电磁频谱中30至300 GHz的无线电频段称之为极高频(EHF)。该波段中的无线电波的波长为十到一毫米,因此也称为毫米波段,该波段中的辐射称为毫米波(mmWave或MMW)。

毫米波雷达的波长极短,因此可以提供亚毫米级精度的高分辨率。它能够穿透塑料、石膏板和衣服,并且不受雨、雾、灰尘和雪等环境的影响。

完整的毫米波雷达系统包括发送(TX)和接收(RX)毫米波无线电波的射频(RF)组件、实现诸如时钟功能的模拟组件,混合信号组件,如数模转换器(DAC) 以及数字组件,例如数字信号处理器(DSP)。毫米波雷达最初是使用分散的组件实现的,这增加了系统的尺寸、功耗和成本。最近,德州仪器(TI)等在该领域拥有领先技术的企业已在单个CMOS芯片上创建了完整的毫米波雷达系统

用于汽车、机器人和监控,简直无所不能!

毫米波雷达系统拥有小尺寸、低功耗、高分辨率、亚毫米级精度以及合理的价格,是下列各类应用(包括但不限于)的理想选择:

  • 自动化:检测和追踪建筑内部和外部的人或动物。
  • 安防:在工业场景下,当人员或物体过于靠近危险器械时,其位置和速度信息可用来触发安全系统。
  • 水平检测:监控液体罐和筒仓中的液体或固体高度。
  • 交通监控:在各类光线和天气条件下监控交通、行人、自行车和动物,便于智能决策、数据记录和报告。
  • 机器人:让固定作业机器人能够检测附近人员或物体,让自主器人能够检测人员或物体并使用该信息进行智能决策。
  • 汽车:在各类光线和天气条件下监控交通、行人、自行车、动物和障碍物,便于智能决策。还可以检测和监视车内的乘客(成人、儿童、宠物)的状态,实现儿童在场检测、安全带提醒等应用。

除传感器设备外,德州仪器还提供一系列汽车(AWR)工业(IWR)毫米波雷达评估模块(EVM)。

传感器不会是孤岛

“没有谁是一座孤岛,在大海里独踞;每个人都像一块小小的泥土,连接成整个陆地。”这句话来自十七世纪英国著名诗人、学者、士兵、秘书约翰·多恩。命运造化如此奇妙,如今同样的说法也适用于雷达模块。尽管它们的强大令人赞叹,但它们需要具备与外界沟通的能力,从而充分发挥其潜能。

雷达模块接收到的高速原始数据需要进行预处理,然后必须通过千兆以太网实时发送处理结果,从而让系统设计人员和OEM能够快速、轻松地实现汽车、工业和其他领域常用的智能视觉应用程序(图像处理、障碍物检测等)。

Mistral Solutions的团队开发了DCA1000EVM这款实时数据采集适配器,用于德州仪器的EVM。

The DCA1000EVM real-time data-capture adapter (Image source: Mistral Solutions)

DCA1000EVM实时数据采集适配器(图片来源:Mistral Solutions)

DCA1000EVM通过千兆以太网连接到主机PC,为LVDS和雷达数据提供实时数据捕获和流式传输(数据采集可以处理原始的传感器数据或头化的多模数据)。

FPGA大显身手!

如果仔细观察上图,在图片的中心部分可以看到一片莱迪思半导体的FPGA。Mistral的设计人员选择了莱迪思低功耗ECP5-5G FPGA,该器件经过优化,集小尺寸和高性能于一身。ECP5-5G拥有强化的DSP架构、高速SERDES(串行器/解串器)和高速源同步输入/输出(I/O),是要求极低延迟的高性能应用理想的解决方案。

在DCA1000EVM中,ECP5-5G支持通过LVDS接口从雷达模块高速捕获数据,并提供支持UDP的以太网MAC和千兆以太网MAC。在今后的设计实现中,ECP5-5G还可以用于执行传感器融合等任务,并在网络边缘实现人工智能(AI)和机器学习(ML)等应用。

我们确实生活在一个激动人心的时代。我现在坐在办公室里,脑子里很快就想到可以用AWR EVM和DCA1000EVM提供的实时数据采集和千兆以太网功能做一些事情。如果我是工厂的负责人,我可能会充分放飞我的想象力。你呢?你会用毫米波雷达做什么?

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