基于 TIDEP-01037 的 60GHz 低功耗车内雷达参考设计解析

汽车电子 时间：2025-12-02来源：


一、引言：车内安全成为新的法规焦点

过去十年中，汽车安全的关注点正从传统的碰撞保护与被动安全，逐步向“车内乘员状态与健康监测”转移。特别是“车内儿童遗留检测（Child Presence Detection，简称 CPD）”已经被欧美多地纳入安全法规与测试协议。例如，在某些安全评价体系中，CPD 已作为正式评分项目，要求车辆在熄火后仍能持续扫描车内乘员状态，并在检测到儿童被遗留时主动告警。

儿童遗留事故往往发生于夏季高温或冬季低温环境，车内封闭空间的温度上涨或下降极快，导致被遗留儿童面临极高风险。因此，监管机构要求车厂必须提供一种能够在车辆断电甚至休眠状态下保持持续监测的技术方案。

在众多传感技术中，60GHz 车载毫米波雷达因具备下列优势而成为主流路线：

在此背景下，德州仪器推出的 TIDEP-01037 参考设计，为车内毫米波雷达提供了一套紧凑、低功耗、具备车规接口的工程实现方案。该设计围绕 AWRL6432 单芯片 60GHz 雷达展开，整合电源、射频天线、车载网络接口和算法框架，是构建车内存在检测、CPD、入侵检测及座椅占位识别的重要平台。

本文将从系统架构、电源与功耗、天线与射频、算法体系、测试表现以及量产化建议等多个维度，系统解析 TIDEP-01037 的设计逻辑与工程意义。

二、TIDEP-01037 概述：小体积、低功耗、可直接上车的雷达模块

TIDEP-01037 是一款专为车内传感场景打造的毫米波雷达参考设计。其主要特点包括：

  1. 核心雷达 SoC 为 AWRL6432
    该芯片集成 60GHz 射频、处理器、加速器以及 ADC，可独立完成雷达信号采集与处理。

  2. 完全车规级设计
    包含车规 CAN 接口、耐宽电压输入、低功耗待机及 ESD/EMC 考量。

  3. 紧凑外形
    设计尺寸约为 18 毫米 × 55 毫米，可直接嵌入顶棚模块或车内灯附近的狭小空间。

  4. 大视场天线
    在 120° × 120° 的方位/俯仰视场中保持稳定的增益，有利于覆盖双排座椅与脚窝区域。

  5. 可运行机器学习算法
    AWRL6432 内部可执行存在检测、乘员分类及生命体征识别等算法。

此设计可用于开发以下车内功能：

对于需要在数周内构建样机或向客户展示 CPD 能力的团队而言，TIDEP-01037 是一种非常直接的“可跑现场”的工程工具。

三、整体系统架构：从 12V 电源到点云输出

TIDEP-01037 的内部架构可分为五大部分：

1. 雷达 SoC：AWRL6432

2. 电源管理：车规 PMIC

PMIC 负责将车载 12V 电源转换为多个电压轨，包括：

PMIC 还承担：

3. 车载网络接口：CAN FD

板载车规 CAN 收发器，可直接与车身控制器或座舱域控制器通信，实现：

4. 射频天线：2TX × 3RX 基板阵列

天线采用高性能介质材料制作，具备：

5. 扩展与调试接口

这五部分形成一个独立可运行的雷达模块，即使脱离主 MCU，也能完成一定程度的检测与上报。

四、电源设计：低功耗运行是 CPD 的核心前提

4.1 车内场景下的功耗要求

儿童遗留检测系统必须在车辆熄火后持续工作至少十几分钟，有些法规要求更长的续航时间。车辆在此阶段往往处于休眠状态，静态电流预算非常紧张。

因此，车内雷达面临两个功耗挑战：

  1. 待机功耗必须极低
    雷达在大部分时间内只是低频扫描，不能持续全功率运行。

  2. 高性能扫描必须是可控的
    在检测到潜在活动时才进入高分辨率模式。

4.2 PMIC 的低功耗特性

参考设计中使用的车规 PMIC 提供：

结合雷达芯片的睡眠管理，可以将整体功耗分为：

状态功能功耗目标
深度睡眠定时唤醒数十毫瓦级
低功耗检测周期扫描百毫瓦级
高性能模式持续检测数百毫瓦到 1W 左右

这种“三级功耗调度”能够支撑长时间 CPD 值守，同时满足车辆的静态电流约束。

五、射频与天线设计：覆盖两排座椅与脚窝的 60GHz 雷达

5.1 60GHz 频段的优势

60GHz 波长仅 5 毫米左右，具有：

5.2 RO3003 高性能基板

参考设计采用高质量介质材料，使天线具备：

这保证天线在高达 60GHz 的频段仍能保持有效增益。

5.3 2TX × 3RX 阵列与大视场

阵列设计实现：

这意味着雷达可安装在前排顶棚中央位置，通过较宽视场覆盖整个车内：

在 CPD 或入侵场景中，这种宽覆盖能力是关键优势。

六、算法体系：Capon2D 存在检测链与生命体征识别

AWRL6432 的核心竞争力不是“能扫”，而是“能算”。TI 在该芯片上提供基于 Capon2D 的完整处理链，其流程如下：

1. 雷达信号采样与预处理

2. Capon2D 波束形成

Capon 算法（最小方差无失真响应）用于在二维空间中提升角度分辨率。Capon2D 可同时对方位和俯仰进行波束形成，从而在有限天线数量下获得更细的角度分辨能力。

与传统 FFT 波束形成相比，Capon2D 具有：

对车内“微动目标”（如儿童胸腔呼吸）尤为重要。

3. 存在检测与区域划分

算法根据目标的距离、角度与能量分布，将车内空间划分为多个区域：

每个区域可独立设置存在阈值。系统可判断：

4. 生命体征检测（呼吸/心跳）

毫米波雷达能够检测胸腔随呼吸产生的毫米级位移。AWRL6432 中的算法可实现：

这对识别熟睡儿童或昏迷乘员尤其重要。

七、车载网络与模块集成：从评估板到量产 ECU

7.1 CAN FD 接口

TIDEP-01037 板载 CAN FD 收发器，可与车身控制器或座舱域控制器通信。CAN 总线用于：

雷达模块可以作为车身域中的一个标准 ECU 加入车辆网络。

7.2 SPI / UART / GPIO

在原型开发阶段，工程师通常通过 UART 查看中间数据，通过 SPI 回传点云验证算法。

八、测试结果与车内验证：实车表现与能力边界

设计资料展示了典型测试结果，主要包括：

  1. 双排乘员检测
    雷达可准确显示前排与后排乘员位置，目标点云稳定清晰。

  2. 儿童活动检测
    当儿童在后排活动（如踢前排座椅）时，雷达能明显检测到活动区域的变化。

  3. 脚窝区域检测
    通过天线布局，雷达可识别二排儿童在前排座椅下的活动。

  4. 生命体征检测
    对静止乘员仍能输出稳定的“存在”结果，不会误判为无人。

  5. 入侵检测
    对窗户破损或动物进入的非正常移动敏感。

这些结果证明了毫米波雷达在车内复杂空间中的适应性和可靠性。

九、与其他方案的对比：为什么是毫米波雷达？

以下是几种常见车内传感方案的对比：

技术优点缺点
摄像头信息量大；可做乘员分类光照敏感；隐私问题明显；对遮挡敏感
红外 TOF受遮挡影响小；成本适中视场有限；对环境温度敏感
压力传感器成本低；可识别占位无法识别遗留儿童；无法检测生命体征
超声波成本低；可检测大动作无法识别微动；分辨率低
毫米波雷达可检测呼吸微动；不受光线与遮挡影响；隐私友好需要算法支持；天线设计复杂

因此，在 CPD 和存在检测领域，毫米波雷达成为最平衡的技术路线。

十、量产化建议：从参考设计到整车 SOP

针对准备将毫米波雷达落地量产的研发团队，以下建议非常重要：

1. 尽量复现参考设计原型

尤其是：

60GHz PCB 对工艺和布局极其敏感，随意调整容易造成性能下降。

2. 注重整车级 EMC 测试

必须在目标车型上验证：

毫米波雷达本身对 EMI 不敏感，但其发射频谱及电源噪声需满足车规要求。

3. 功耗策略需与整车休眠系统联动

与车身控制器协同制定：

4. 结构安装需结合车型设计

需考虑：

这些都会显著影响探测性能。

十一、未来趋势：车内感知将成为座舱标配

随着法规趋势推进，CPD 已不再是“高端车型功能”，而正在向所有乘用车型普及。未来几年，车内雷达将进一步向以下方向演进：

以 TIDEP-01037 为代表的参考设计，给出了单芯片雷达在紧凑空间中实现高性能车内感知的可行方案。

十二、总结

TIDEP-01037 以 AWRL6432 雷达 SoC 为核心，构建了一套紧凑、低功耗、车规级的车内毫米波雷达模块。其关键价值包括：

对于希望快速搭建原型验证、并进一步走向量产的团队而言，这一参考设计提供了极具工程价值的起点。随着车内安全法规的全面铺开，像 TIDEP-01037 这样的毫米波雷达方案，将成为未来车内感知体系中的标配技术

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