Sechs Radarkanäle auf einem AFE-Chip

Sechs Radarkanäle auf einem AFE-ChipAnalog Devices

Der AD8283 „spart nicht nur Platz und Kosten, sondern verringert auch den Unterschied zwischen den Empfangskanälen durch gute Abstimmung der einzelnen Kanäle untereinander von ±0,5 dB in der Verstärkung und ±5° in der Phasenlage“, hebt Stefan Steyerl, Director Automotive Sales bei Analog Devices, im Gespräch mit all-electronics.de hervor. „Mit dem AD8283 werden sich die Kosten pro Empfangskanal mehr als halbieren, so dass Radar-Funktionalitäten auch jenseits der Oberklasse leichter zum Einsatz kommen können.“

In den AD8283 integriert ist ein mit 80 MSamples/s arbeitender 12-Bit-A/D-Wandler zur Digitalsierung der einzelnen Radarsignale. Zusätzlich enthält jeder Pfad rauscharme Vorverstärker (LNAs), einen programmierbaren Verstärker und Tiefpass-Filter 3. Ordnung (1 bis 12 MHz). Die Verstärkung des AD8283 lässt sich über eine serielle SPI-Schnittstelle in 6-dB-Schritten zwischen 16 und 34 dB für jeden Kanal unterschiedlich einstellen. „Im Vergleich zu den bisher auf einem ganzen Board mit vielen Einzelbauelementen diskret realisierten Frontends weist eine Lösung auf Basis des ADSP-BF531 eine viel geringere Drift der Signalparameter über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg auf“, berichtet Steyerl. „Außerdem ist der LNA mit einem Rauschen von unter 3,5 nV/Wurzel(Hz) äußerst rauscharm.“

Die Eingangsimpedanz ist von 200 Ohm auf 200 kOhm umschaltbar, und pro Kanal nimmt der AD8283 jeweils 170 mW auf. Das aufbereitete Signal übergibt der gemäß AECQ-100 für den Temperaturbereich von -40 bis +105 °C qualifizierte Baustein dann zur weiteren Verarbeitung an einen DSP.

Blockschaltbild eines Radarsystems mit dem AD8283

Blockschaltbild eines Radarsystems mit dem AD8283Analog Devices

FMCW-Radarsysteme

Entwicklern von Radarsystemen stehen verschiedenen Radartechniken zur Verfügung, wobei es zwei grundsätzlich verschiedene Radarsysteme gibt: Impuls- und FMCW-Radar (Frequency Modulated Continuous Wave). Ein Impuls-Doppler-Radar sendet stets nur eine Impulsfolge, um dann die Laufzeit (Entfernung) zu messen bis das Signal an einem Objekt reflektiert wird und zur Antenne zurückkommt. Wenn das System die Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt berücksichtigt, kann es auch die Geschwindigkeit erfassen.

Ein FMCW-Radar sendet und empfängt kontinuierlich. Zur Unterscheidung der einzelnen Radarsignale bei der Laufzeitbestimmung erfolgt eine Modulation der Sendesignale. Jedes ausgesendete Radarsignal weist somit eine leicht geänderte Frequenz auf, so dass es sich von dem zuvor und danach ausgesendeten Signal unterscheidet.

Um eine Klassifizierung des Fahrzeugs oder Hindernisses auf der Fahrbahn zu ermöglichen muss ein Radarsystem für ein intelligentes Fahrzeug aber nicht nur die Entfernung und die Geschwindigkeit eines Objekts erkennen, sondern auch seine ungefähre Größe. Des Weiteren soll ein Fahrzeug nicht ausschließlich in einem sehr engen Trichter nach vorne schauen, sondern gerade im Nahbereich ein breites Blickfeld aufweisen. Dazu enthält ein Fahrzeug mehrere Sende- und Empfangsantennen, die parallel zueinander arbeiten, wobei das Verhältnis zwischen Sende- und Empfangsantennen je nach Systemanforderungen variiert. Die empfangenen Radarsignale müssen je nach Laufzeit aufbereitet und unterschiedlich verstärkt werden. Während hierfür bisher viele Einzelbauelemente auf einem relativ großen Board erforderlich waren, integriert Analog Devices das analoge Frontend jenseits des Empfangs-MMICs für sechs Radarkanäle in einem 10 x 10 mm2 großen Baustein.

Durch die Entwicklung von 24-GHz-Radarsystemen für Fahrzeuge sind die Kosten deutlich gesunken. Dadurch hält die Radartechnik Einzug in weiteren Fahrzeugklassen und neben den ACC-Systemen auch in zusätzlichen Komfort- und Sicherheitsanwendungen Einzug, zu denen beispielsweise Spurwechselassistenten (Erkennung von herannahenden Fahrzeugen und Objekten im eigenen toten Winkel), Auffahrvermeidung und Kreuzungsassistenten gehören.