探索 IWR6843 和 IWR6443：毫米波傳感器的卓越之選

在工業(yè)傳感器領域，毫米波傳感器以其高精度、高效率的特性逐漸嶄露頭角。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）推出的 IWR6843 和 IWR6443 單芯片 60 至 64GHz 毫米波傳感器，看看它們究竟有哪些獨特之處。

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產品特性概覽

IWR6843 和 IWR6443 集成度極高，具備 FMCW 收發(fā)器，將 PLL、發(fā)射器、接收器、基帶和 ADC 等功能模塊集于一身。其工作頻段覆蓋 60 至 64GHz，擁有 4GHz 的連續(xù)帶寬，支持 4 個接收通道和 3 個發(fā)射通道。并且，設備支持用于 TX 波束形成的 6 位移相器，以及基于分數(shù) N PLL 的超精確線性調頻引擎。

在性能參數(shù)方面表現(xiàn)出色，發(fā)射功率達到 12dBm，接收噪聲系數(shù)為 12dB，1MHz 處的相位噪聲為 -93dBc/Hz。同時，芯片內置校準和自測試功能，擁有基于 Arm? Cortex? - R4F 的無線電控制系統(tǒng)和內置固件（ROM），能實現(xiàn)跨工藝和溫度的自校準系統(tǒng)。此外，IWR6843 還配備了用于高級信號處理的 C674x DSP，以及用于 FFT、濾波和 CFAR 處理的硬件加速器。

內存與接口設計

這兩款設備在內存設計上也各有特點。IWR6843 擁有 1.75MB 內部內存，具體分為 MSS 程序 RAM（512KB）、MSS 數(shù)據 RAM（192KB）、DSP L1 RAM（64KB）和 L2 RAM（256KB），以及 L3 雷達數(shù)據立方體 RAM（768KB）；IWR6443 則有 1.4MB 內部內存，包括 MSS 程序 RAM（512KB）、MSS 數(shù)據 RAM（192KB）和 L3 雷達數(shù)據立方體 RAM（768KB）。

在接口方面，用戶應用可使用多達 6 個 ADC 通道（低采樣率監(jiān)測）、2 個 SPI 端口、2 個 UART、1 個 CAN - FD 接口、I2C、GPIOs 以及用于原始 ADC 數(shù)據和調試儀器的 2 通道 LVDS 接口。這些豐富的接口為用戶在不同應用場景下的設計提供了極大的便利。

功能安全與電源管理

值得一提的是，IWR6843 和 IWR6443 符合功能安全標準，專為功能安全應用而開發(fā)，有相關文檔可輔助 IEC 61508 功能安全系統(tǒng)設計達到 SIL 3 級別，硬件完整性可達 SIL - 2 級別，還獲得了 TUV SUD 的 IEC 61508 認證至 SIL 2 級別。當然，也提供非功能安全變體選項。

電源管理方面，設備內置 LDO 網絡以增強 PSRR，I/O 支持 3.3V/1.8V 雙電壓。時鐘源可選擇 40.0MHz 晶體搭配內部振蕩器，也支持 40MHz 的外部振蕩器和外部驅動時鐘（方波/正弦波）。其采用 0.65mm 間距、161 引腳、10.4mm × 10.4mm 的倒裝芯片 BGA 封裝，不僅便于組裝，還能實現(xiàn)低成本的 PCB 設計。

應用場景廣泛

基于其出色的特性，IWR6843 和 IWR6443 的應用場景十分廣泛?？捎糜诠I(yè)傳感器，測量距離、速度和角度；在建筑自動化中，實現(xiàn)位移傳感、手勢識別等功能；還能應用于機器人技術、交通監(jiān)控、液位傳感、安全監(jiān)控、工廠自動化安全防護、占用檢測/人員跟蹤/人員計數(shù)以及自動門和門禁系統(tǒng)等領域。

技術參數(shù)詳解

電氣參數(shù)

在絕對最大額定值方面，各電源引腳有明確的電壓范圍限制。如 1.2V 數(shù)字電源（VDDIN）范圍為 - 0.5 至 1.4V，I/O 電源（VIOIN）根據不同情況有不同范圍，其中 3.3V 或 1.8V 模式下為 - 0.5 至 3.8V。ESD 評級方面，人體模型（HBM）為 ±2000V，帶電設備模型（CDM）為 ±500V（角引腳為 ±750V）。

電源與功耗

電源供應方面，有 1.8V、1.3V（或 1V 內部 LDO 旁路模式）、3.3V（或 1.8V 用于 1.8V I/O 模式）和 1.2V 四個供電軌，不同供電軌為不同的設備模塊供電。在功耗方面，不同工作模式下各電源引腳的電流消耗不同。例如，在典型供電電壓下，1.2V 軌驅動的所有節(jié)點總電流最大為 1000mA，1.3V 軌（或 LDO 旁路模式下的 1V 軌）在僅使用 2 個發(fā)射器時，總電流最大為 2000mA。

RF 與 CPU 性能

RF 性能方面，接收器噪聲系數(shù)在 60 至 64GHz 頻段表現(xiàn)良好，1dB 壓縮點（帶外）為 - 12dBm，最大增益 48dB，增益范圍 18dB，增益步長 2dB，IF 帶寬可達 10MHz，ADC 采樣率（實/復 2x）為 25Msps，ADC 采樣率（復 1x）為 12.5Msps，ADC 分辨率為 12 位，空閑通道雜散為 - 90dBFS。發(fā)射器輸出功率為 12dBm，功率回退范圍 26dB。時鐘子系統(tǒng)頻率范圍為 60 至 64GHz，斜坡速率可達 250MHz/μs，1MHz 偏移處的相位噪聲為 - 93dBc/Hz。

CPU 性能方面，IWR6843 的 DSP 子系統(tǒng)（C674 系列）和主子系統(tǒng)（R4F 系列）各有其時鐘速度和內存配置，不過文檔中部分具體參數(shù)未詳細給出。

熱阻與時序

熱阻特性方面，F(xiàn)CBGA 封裝（ABL0161）的 IWR6843 有不同的熱阻指標，如結到外殼熱阻（RΘJC）為 4.92°C/W，結到板熱阻（RΘJB）為 6.57°C/W 等。在時序和開關特性方面，設備要求所有外部電壓軌在復位釋放前保持穩(wěn)定，其時鐘源可選擇 40MHz 晶體或外部振蕩器，對晶體和外部時鐘信號都有相應的電氣特性要求。

接口特性

不同接口也有各自的特性和時序要求。例如，SPI 接口使用 TI 的 MibSPI 協(xié)議，有標準和 MibSPI 模塊的相關特性和時序參數(shù)；LVDS 接口支持多種數(shù)據速率，有特定的電氣特性和時序要求；CAN - FD 模塊支持經典 CAN 和 CAN FD 規(guī)范，有相應的動態(tài)特性參數(shù)；I2C 接口符合飛利浦 I2C 總線規(guī)范，有標準模式和快速模式的時序要求等。

功能模塊剖析

整體架構

IWR6843 包含毫米波模塊和模擬基帶信號鏈，以及可編程的 MCU 和 DSP。其功能模塊可分為 RF 和模擬子系統(tǒng)、處理器子系統(tǒng)、主機接口等部分。

RF 和模擬子系統(tǒng)

RF 和模擬子系統(tǒng)涵蓋了合成器、PA、LNA、混頻器、IF 和 ADC 等電路，以及晶體振蕩器和溫度傳感器。三個發(fā)射通道在 1.3V 模式下最多可同時操作兩個，在 1V LDO 旁路和 PA LDO 禁用模式下可同時操作三個，四個接收通道可同時工作。

處理器子系統(tǒng)

處理器子系統(tǒng)包括 DSP 子系統(tǒng)（IWR6843 獨有 C674x DSP）和主子系統(tǒng)（包含 Cortex - R4F 處理器）。DSP 子系統(tǒng)用于信號處理，主子系統(tǒng)控制設備外設和日常操作。

主機接口

主機接口可通過 SPI、UART 或 CAN - FD 接口實現(xiàn)，設備與主機雷達處理器通過參考時鐘、控制、復位、主機中斷和錯誤等接口進行通信。

其他子系統(tǒng)

設備還包括用于用戶應用的 ADC 通道，可測量多達六個外部電壓；有多種啟動模式，如功能模式、閃爍模式和調試模式，不同模式通過配置“Sense on Power”（SOP）引腳實現(xiàn)。

監(jiān)測與診斷機制

對于符合功能安全標準的設備，有多種監(jiān)測和診斷機制。例如，對 MSS R4F 核心和相關 VIM 進行啟動時 LBIST 測試，對 MSS R4F TCM 內存進行啟動時 PBIST 測試，對 MSS R4F TCM 內存采用端到端 ECC 診斷等。這些機制有助于在設備運行過程中及時發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的故障，提高設備的可靠性和安全性。

開發(fā)支持

TI 為 IWR6843 和 IWR6443 提供了豐富的開發(fā)支持。包括不同階段的設備命名規(guī)則，如 X 表示實驗設備，P 表示原型設備，無前綴表示量產版本；還提供了多種工具和軟件，如 BSDL 模型、IBIS 模型、原理圖和布局審查清單等。同時，用戶可通過 ti.com 獲取文檔更新通知，還能在 TI E2E? 支持論壇獲取設計幫助。

總的來說，IWR6843 和 IWR6443 憑借其強大的功能、豐富的接口、良好的性能和完善的安全機制，在工業(yè)傳感器領域具有很強的競爭力。電子工程師在設計相關工業(yè)應用時，不妨考慮這兩款出色的毫米波傳感器。各位工程師在實際應用中是否遇到過類似設備的其他問題或者有獨特的使用經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。