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一、引言：自动驾驶时代的高分辨率雷达需求

随着 L2+、L3 级自动驾驶在乘用车上的加速部署，车辆对周围环境的“立体感知能力”提出了更高要求。相较于传统 77GHz 汽车雷达，4D 成像雷达不仅需要能够感知车辆、行人、障碍物的位置与速度，还要具备空间轮廓还原能力，从而支撑诸如：

• 高速 ACC（自适应巡航）

• AEB（自动紧急制动）

• BSD（盲区检测）

• 倒车辅助

• 城市 NOA（领航辅助）

这一趋势推动了雷达从“目标点检测”走向“稀疏点云 → 稠密点云 → 类激光雷达式空间成像”。

在此背景下，Texas Instruments（TI）发布的 TIDA-020047 “双器件毫米波级联参考设计” 提供了一套完整、可量产化、工程化的 4D 成像雷达处理平台。该设计由两颗 AWR2243 射频前端与一颗 AM2732R 处理器组成，通过级联技术实现 48 虚拟通道、6 TX + 8 RX 阵列，具备优越的距离、角度与速度分辨率。

本技术文章基于 PDF 文件内容，结合工程分析重新构建，旨在为汽车电子研发者解读该参考设计的架构、原理与关键实现细节。Design Guide: TIDA-020047适用于汽车 4D 成像雷达的双器件毫米波级联参考设计

二、系统总体说明：双芯级联形成 48 虚拟通道阵列

根据 PDF 第 2 页内容，TIDA-020047 的核心定位是一套 76–81 GHz 高频段成像雷达系统。该系统采用：

• AWR2243 × 2：双器件的 FMCW 雷达射频前端

• AM2732R × 1：高性能雷达 DSP + MCU 核处理器

• 双通道 CAN-FD 通信

• 100 Mbps 以太网输出

• 低噪声多轨电源管理网络

系统仅需 电池电源输入 + CAN/FDPHY 或以太网输出 即可独立运行，非常适合装配在车辆前保险杠、后保险杠或角落位置。

2.1 MIMO 虚拟阵列实现原理

PDF 第 1 页介绍：

• 发射端：6 TX（3×2 结构）

• 接收端：8 RX

• 通过 MIMO 技术形成 6 × 8 = 48 虚拟通道

图 4-2（PDF 第 7 页）展示了虚拟阵列分布，可提供：

• 约 3° 角分辨率（方位角）

• ±75° 视场（FoV）

相较于单芯方案，虚拟阵列显著提升横向分辨率，使车辆对前向或侧向物体的形状与分布获得更准确估计。

2.2 距离及速度性能

根据 PDF 第 2 页表格：

• 最大探测距离（汽车目标）

• ±30°：250m

• ±75°：100m

• 距离分辨率：1.07m

• 速度分辨率：0.09m/s

• 最大速度：±45.6m/s

这些性能可覆盖高速公路到城市工况，兼顾远距目标与超宽 FoV 需求。

三、系统方框图分析：雷达信号链与通信架构

PDF 第 3 页的方框图（图 2-1）显示了系统完整信号链。下面以工程视角解构这一步骤。

3.1 雷达射频与信号链

两个 AWR2243 均包含：

• TX 发射链路（TX1/2/3）

• RX 接收链路（各 4 通道）

• 40 MHz 晶振输入

• 内置 PLL 与 FMCW 合成器

• 模拟前端 → ADC 采样

两个器件共用一个主器件提供的 20 GHz LO 时钟，保持相位一致，这是级联设计的关键（PDF 第 9 页图 5-1）。

3.2 主处理器 AM2732R 的作用

AM2732R 集成：

• Arm Cortex-R5F 核处理控制

• C66x DSP 核执行高密度 FFT、CFAR、角度估计

• 大容量片上 RAM

• 硬件加速器（HWA）

• 安全模块 HSM

其中 HWA 专门用于：

• 多普勒频分多址（DDMA）

• 角度 FFT

• 数据压缩

实现高吞吐量的实时点云生成。

3.3 信息输出通路

如图 2-1 所示：

• CAN-FD PHY（TCAN1043、TCAN1044）用于输出对象级数据（5 Mbps）

• 以太网 PHY（DP83TC812）支持 100 Mbps 原始数据/点云输出

• LVDS 接口用于对接 TI 的数据采集板（如 DCA1000）

这确保系统同时满足量产车载通信和开发调试需求。

四、电源架构与 PMIC 管理：高频雷达的低噪声供电设计

毫米波雷达对电源噪声极其敏感，尤其是 1.0V RF 电源轨。TIDA-020047 采用多级电源体系（PDF 第 3 页）：

4.1 主输入电源路径

• 车载电源：12V（支持 36–42V 冲击）

• 宽输入降压模块 LM62460-Q1 → 3.3V

• PMIC LP876242-Q1 → 1.8V / 1.2V / 1.0V 多轨输出

其中：

• 1.0V 电源轨须经过额外滤波以满足射频噪声指标

4.2 LP876242-Q1 PMIC 安全机制（PDF 第 6 页）

包括：

• Q&A 看门狗

• nERR_MCU 错误注入机制

• 电压监控 VMON1/2

• OV/UV 阈值通过 NVM 配置

• 支持通过 SPI 动态电压调节

可监控 MCU 卡死、供电异常，并直接触发 SOC_nRESET 进行系统重启，提高可靠性。

五、关键芯片深度解析

PDF 第 4–5 页详细介绍了关键芯片。下面从应用角度解构其作用。

5.1 AWR2243：双芯级联方案的核心射频前端

特性包括：

• 76–81 GHz FMCW 收发器

• 3 TX / 4 RX 架构

• 内置 ADC

• PLL 可调至 20 GHz LO 输出

• 支持 TX 相移，用于波束形成和 TX 波束控制

其 RFCMOS 工艺实现低功耗、低成本，并允许两个器件通过 LO 链路同步，提高 MIMO 扩展能力。

5.2 AM2732R：雷达点云生成的主力处理器

集成：

• Arm R5F：控制与安全逻辑

• C66x DSP：高速距离/速度 FFT

• HWA：加速点云生成

• HSM：支持功能安全

该设计中，AM2732R 主要负责：

• 距离-多普勒处理

• 角度 FFT（方位/俯仰）

• 对象跟踪

• 数据压缩与封装

• CAN/Ethernet 通信协议支持

5.3 DP83TC812-Q1：100BASE-T1 汽车以太网 PHY

特点：

• 支持 TC10 低功耗睡眠唤醒

• 集成 ESD 监控工具

• 支持 MII/RMII/RGMII 接口

用于高吞吐量点云数据的车规级传输。

5.4 TCAN1043A/1044A：双 CAN-FD 架构

用于向中央 ECU 输出对象级数据（Object List）。支持：

• 8 Mbps CAN-FD

• 低功耗睡眠模式

• 唤醒控制

• ±58V 总线保护

六、级联系统设计原理：20GHz LO 同步与 PCB 路由

PDF 第 9 页展示了 LO 时钟同步机制：

• 主器件 AWR2243 生成 LO 信号

• 通过延时匹配放大器分成两路

• 一路送至辅器件

• 一路回送主器件自身

这种环回设计使得：

• 主、辅器件两端的 LO 路径完全等长

• 避免相位差导致虚拟阵列偏移

• 提高角度估计准确度

6.1 PCB 层堆叠设计（PDF 第 10 页）

由于 77GHz 高频特性：

• FR4 损耗太大

• 采用 Rogers RO4000® LoPro® 系列材料

• 表面更平滑，减少蚀刻误差

• 77GHz 天线与 LO 走线位于同层，以减少过孔损耗

这是高频雷达设计中最关键的硬件要点之一。

七、虚拟天线阵列与测试验证：从图像到数据

PDF 第 7–8 页展示了测试过程。

7.1 虚拟阵列结构（图 4-2）提供 3° 分辨率

利用 6 TX × 8 RX 虚拟阵列，通过 MIMO 扩大孔径，实现：

• 稳定的 3° 水平角分辨率

• 适用于 4D 成像（方位角 + 仰角）

• 更高密度的点云信息

7.2 角度分辨率测试

• 使用两个 10 dBsm 角反射器

• 距离 9.5 m

• 使用 512 点 FFT

• 测得峰间角度约 3.3°（接近理论值 3°）

如 PDF 图 4-3 和图 4-4 所示，雷达对相近目标具有明显可分辨性。

八、系统应用与量产潜力

PDF 第 1 页明确说明，该设计适用于：

• 成像雷达

• 远距雷达

• 中短距雷达

• 角雷达

这意味着 TIDA-020047 可覆盖汽车上多数关键感知位置，包括：

• 前保险杠（前视长距离雷达）

• 前角（角雷达）

• 后角（盲区雷达）

• 侧向监测（交叉交通预警）

同时基于车规级 PHY 和 PMIC，可直接用于量产方案开发。

九、软件与工具支持：从开发到验证的完整链路

PDF 第 12 页列出配套工具：

9.1 mmWave Studio

用于：

• 生成 FMCW Chirp

• 配置 AWR2243

• 监控中频数据

• 控制天线阵列测试

9.2 Processor SDK

支持：

• AM2732 上的 TI-RTOS 或 Linux

• HWA、DSP 的驱动

• CAN 与以太网堆栈

• CFAR、角度 FFT、跟踪算法示例

9.3 DCA1000 数据捕获板

用于输出未处理的 4 通道或 8 通道 ADC 数据，适合算法开发与高精度测试。

十、总结：一套高集成、可量产的 4D 成像雷达工程模板

基于 PDF 全文技术内容，可以将 TIDA-020047 的价值总结为：

1. 完整的 4D 成像雷达系统架构

• 双 AWR2243 + AM2732R

• 高分辨率 48 虚拟通道

• 宽视场 ±75°

2. 工程实现细节完整

• LO 同步机制

• RF/模拟供电滤波

• PMIC 安全监控

• 77GHz 天线 PCB 材料选择

• 虚拟阵列路由布局

3. 通信接口丰富

• CAN-FD

• 100BASE-T1

• LVDS 原始数据

4. 支持功能安全设计

• PMIC 看门狗

• 电压监测

• MCU 错误注入机制

5. 可直接用于量产

• 支持车规电压

• 抗 ESD、抗 EMI

• PCB A/B 面结构成熟

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