为什么集中式处理雷达系统能够实现更高的性能和效率？

谈思汽车 2023-08-02 11:58

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本文来源：智车科技

相机和雷达都是实现汽车和自动驾驶系统的环境感知和障碍物检测的常见传感器技术。多年来，摄像头已经从电子控制单元（ECU）中分离出来，CCD或CMOS的原始数据直接发送到集中处理单元。但是，雷达的架构远远没有摄像头那么先进。迄今为止，处理MCU通常嵌入在雷达模块本身中。尽管这对于传感器融合来说并不理想，但由于雷达产生的海量数据和快速的控制需求，这是必要的。直到最近，还没有一种能够高效处理这种数据传输的连接技术。

2020年发布的MIPI A-PHY标准具有高可靠、高耐用、高带宽、低延迟等优点。其采用不仅可以提升车内传感器连接的性能和能力，实现高速、远距离的传感器连接，还能够满足车辆内部传感器之间的数据传输需求。如今，MIPI A-PHY新标准作为一种高性能、长距离、可靠的汽车级连接技术，正在迅速受到行业的关注和应用。

Valens是一家无晶圆厂半导体公司，致力于提供卓越的高性能、高速、远距离和无误差连接技术，为集中式处理雷达提供支持。Valens的连接解决方案能够提供快速的串行外设接口(SPI)、高下行带宽和利用现有车辆内部无屏蔽基础设施的能力，将为汽车行业的雷达实施开启新时代。

变革性雷达架构尽显诸多系统优势

传统上雷达系统采用边缘处理方式进行数据处理，需要在雷达传感器附近安装处理器和计算单元，这增加了系统的复杂性和成本。这是因为目前还没有一种连接技术能够同时满足下行数据传输所需的带宽和上行控制数据的传输需求。

雷达产生大量的数据，达到了数TB。长期以来，连接解决方案一直在努力将这些数据传输到中央计算单元，导致雷达供应商不得不在雷达本身内部加入处理器元件。将处理能力加入雷达中增加了成本、复杂性和尺寸，这使得雷达位于车辆中的易受损位置。

在控制方面，雷达供应商传统上依赖于100Mbps以太网，甚至是CAN总线来提供控制数据。然而，在这些低带宽连接上，供应商不得不在边缘处理雷达产生的大量数据，并将低带宽的处理后数据发送到集中式的电控单元。优化后的翻译保持了原文的准确性和流畅度，同时更加简洁明了地表达了句子的含义。

Valens的VA7000芯片组系列提供了前所未有的带宽——在非屏蔽双绞线（UTP）通道上为4Gbps，在屏蔽通道上为8Gbps，并且有明确的产品路线图发展至16Gbps。它可以达到高达40MHz的SPI速率，完全足够处理集中式架构所需的上行控制数据。

Valens芯片组还提供了额外的优势。在汽车中，原始数据和电源通常密不可分。传感器捕获的原始数据需要通过电源系统进行传输和处理，以便进一步分析、处理和利用。而集中式处理方式可以集中供电，简化系统电源管理，不仅可以提高能源利用效率并降低能耗，还可以提升雷达系统的可靠性和性能。

集中式处理雷达系统提供了传统雷达架构所不具备一系列优势，在雷达系统设计方面实现了硬件/软件分离、PoDL（数据线供电）、更小的雷达尺寸和更低的成本，共同促成了一种全新而创新的雷达架构。

硬件/软件分离可以使系统设计更加灵活，在不更改硬件的情况下实现软件更新或升级，从而获得更便捷的维护和扩展性。

PoDL技术通过单根电缆或线路传输电源和数据，能够使雷达传感器的布线更加高效和简化，减少多根电缆和多个连接器的需求。

集中式处理原始雷达数据可以实现更紧凑的雷达系统设计，从而使其物理尺寸更小，更有利于在空间有限的车辆或设备中集成雷达系统。

通过采用集中式处理方法，并利用硬件/软件分离和PoDL等技术，可以简化系统设计、减少组件数量同时优化生产和维护流程，有助于降低雷达系统的总成本。

值得一提的是，创新的雷达系统设计方法实现了一种“Raw Data + Power”架构。这里的原始数据是各种传感器（摄像头、雷达、激光雷达等）获取的未经处理或转换的数字或模拟数据，包括汽车周围环境（道路、障碍物、交通标志等）的信息。

而电源包括为传感器、控制单元、执行器和其他电子设备提供电能，确保这些设备能够正常运行的电源系统。将原始数据和电源结合在一起，形成了一种支持汽车的感知、控制和功能实现的创新架构。

更重要的是，在简化雷达系统的同时，升级到集中式处理雷达系统仍可以继续使用现有的UTP（非屏蔽双绞线）线束进行数据传输，而不需要更换整个线束系统，从而节省了成本和工作量。

为什么是A-PHY？

事实上，如Smart Radar Systems（SRS）CTO Yong Jae Kim所说：“由于缺乏高效的连接技术，雷达不得不在边缘处实现内置处理功能，这给系统设计增加了成本和复杂性。MIPI A-PHY技术正在改变这一状况，通过大幅提高链路带宽和距离，该技术将为汽车行业创造一代新的集中式雷达。”

MIPI联盟制定的MIPI A-PHY标准具有卓越的电磁兼容性（EMC）、超高带宽、能简化汽车架构和保障端到端安全等优点；还可实现卫星雷达架构的集中处理，摆脱昂贵且复杂的单独处理，成为未来雷达必不可少的技术之一。

这就是标准对行业进步的重要作用，例如，汽车领域的创新者降低了线束复杂性、重量和总连接成本。而首家推出符合MIPI A-PHY标准的芯片组——VA7000系列，并在全球范围内的汽车上实现了规模应用的公司正是Valens。Valens芯片组在全球范围内引起了极大的关注。VA7000在数字信号处理系统（DSP）中采用了独特的噪声消除机制，在抗EMI方面具有显著优势，因此即使在嘈杂的汽车环境中也能保证传输链路的稳定性。

MIPI联盟的A-PHY究竟能解决什么问题？A-PHY是一种具有变革性、标准化的高速传输技术，主要用于汽车领域的高级驾驶辅助系统（ADAS）、自动驾驶系统（ADS）和车内信息娱乐系统（IVI）。其变革性意义在于，它提供了一种统一的解决方案，有助于汽车行业满足高带宽、低延迟和可靠性要求。A-PHY标准化可以实现不同厂商和设备之间的互操作性，促进整个行业的发展和创新。

A-PHY正在改变传感器的连接方式。在当前的架构中，通常会使用专有桥接技术或组件来连接或桥接不同的系统、设备或接口，从而在特定情境下扩展其功能或能力。而A-PHY的出现提供了一个标准化的协议，使得传感器之间的连接变得更加灵活和便捷，从而提升数据传输和通信的功能。

MIPI A-PHY正在改变这种情况，它提供了一个标准化的协议，用于连接不同的系统、设备或接口，旨在实现数据传输和通信功能的扩展。在过去，由于使用了专有技术或组件，不同系统和设备之间的连接存在着不同的标准和限制，导致了功能的限制和兼容性的问题。而MIPI A-PHY的标准化协议可以解决这些问题，使得不同系统、设备和接口之间的连接更加灵活和通用，从而实现数据传输和通信功能的扩展。

MIPI A-PHY还提供了额外的好处。公司可以创建内部集成了A-PHY的传感器，从而完全消除了桥接解决方案的需求。通过在传感器中集成A-PHY，这些传感器可以直接与其他设备和系统进行连接，无需额外的桥接设备，从而简化了系统的设计和实现过程。

解决连接挑战如何更进一步？

利用符合A-PHY标准的芯片组，Valens能够提供高速、可靠和安全的数据传输解决方案，满足汽车行业对于高带宽、低延迟和稳定性的需求。其创新能力和技术优势也成就了Valens在驾驶辅助技术领域的领先地位。

面对连接挑战，Valens的技术能力和特点有助于提高连接性能和简化连接方案，满足不同应用场景的需求。例如，高带宽原始数据的处理和传输高速数据的能力需要通过多个MMIC（微波集成电路）和增加中频带宽来实现，快速SPI是一种用于外设设备通信的接口技术，它能够实现动态调制信号和快速启动。

此外，Valens还通过单根电缆和连接器为设备提供电源。这种高带宽数据处理、快速通信接口和电缆供电等方面的综合能力有助于提高连接性能和简化连接方案，满足不同应用场景的需求。

上面提到的SRS是一家汽车雷达技术公司，专注于开发智能雷达解决方案，提供针对自动驾驶、ADAS和智能交通应用的先进雷达系统和技术。它已将MIPI A-PHY技术嵌入在雷达系统中，将来自12个MMIC雷达的原始数据传输到中央处理单元进行分析和处理，实现了高效的数据传输和处理能力。这些经过分析和处理的数据适用于汽车安全系统或自动驾驶等应用，例如目标检测、跟踪和决策。