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五彩晶圆(中级)

position2Go测评4、结构 [复制链接]

 

这一部分主要尝试在一定层面上描述P2G硬件和软件的结构。

关于Position2Go的硬件组成与比较粗略的介绍,官方提供了《P2G_Application_Note》(AN553)和《P2G_Software_User_Manual》两篇Application Note。

虽然官方提供了以上两份文档介绍,可是Position2Go是一款经典结构的雷达处理模块,使得我们可以从软、硬件的更高一层的抽象角度来观察这个系统:实际的软、硬件结构上是如何达成该雷达系统。下一篇评测的计划是从更加高层的抽象即算法的角度来观察系统。

P2G的硬件框图如下所示,模块上的基带信号、中频信号,射频信号,本地震荡,滤波、合成、放大等构件常见于各种通讯组件中,是一个经典架构的信号处理系统。

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下图显示了调频连续波雷达的抽象原理框图:

image-20200114093529-2.png

    抛开实际系统的复杂性来说,抽象层面上看雷达的原理并不复杂。从框图模型到实际系统,基带信号的波形发生器在P2G模块中由LMX2491来完成;接收端中频信号的滤波放大部分由两级放大器OPA2376和PGA112构成,其中PGA112是增益可调放大器;AD采样和信号处理由XMC4700 MCU负责;剩下的部分如VCO、混频、功率放大、本振缓冲器等俱由英飞凌BGT24MTR12处理;所有功能器件由XMC4700 MCU整体控制从而构成一个实际的雷达。

LMX2491产生的三角波调制信号由BGT24MTR12里的VCO控制产生频率在时间上按三角波变化的调频连续波,一部分经BGT24MTR12内部功率放大后通过TX天线发射出去,另一部分作为本振信号。在电磁波遇到目标后,根据物体的反射截面属性反射一部分电磁波回到雷达,经由RX接收天线接收。P2G有两根RX接收天线,根据已知的天线间距来计算目标角度。面向更专业应用场景的雷达会根据一定要求空间排列构成雷达阵列以满足与需求适配的方向性解析。本振信号与回波信号在频率或相位上发生变化,经BGT24MTR12内部混频后得到中频的拍频信号。拍频信号在频率和相位上体现目标的距离、移动速度。中频信号经由OPA2376和PGA112放大后被XMC4700的ADC部件采集,形成一组采样数据,然后经由XMC4700内的DSP部件对这一组数据进行FFT变换以体现测定目标的距离、速度、角度等信息,最后经由XMC4700的USB/USART等部件与外界交互。

以上便从P2G参考板上分散结构的功能器件上描述了雷达系统的抽象观察。

下面继续从XMC4700控制功能的结构上描述系统。这样的目的在于描述组件+组织=系统的观察。

XMC4700参与的功能部件有如下几部分:下图中列出的ADC,GPIO,TIMER(CCU),DMA,USB,SPI 和未列出的ERU,DSP。

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SPI用来控制LMX2491,BGT24MTR12和PGA112。比如设置频率的带宽,设置频率爬升时间,设置波形,设置放大倍数等,可参考DAVE工程里相关器件的C文件配置示例。

ADC+DMA用来进行中频信号的采样,具体的采样设置请参考前面为P2G_FMCW的DAVE工程补充APP支持的过程,图形化查看配置。

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CCU时钟单元用来精确控制采样过程,后面看到算法的时候便自然清楚这个过程的实际情况。GPIO的输入输出也用来检测和设置系统状态,比如从LMX2491得到调制信号的爬升情况等。DSP很直接,信号处理,在后面算法的时候再说点其他。

最后需要留意XMC4700的特殊功能部件是ERU,即事件请求单元。可以说P2G整个系统的控制部分关键在ERU的使用上。ERU将请求服务过程特化到请求产生、请求处理与路由、请求服务的顺序中,也就是ERU的应用框架:

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事件可以由ADC、CAPCOM、GPIO、DAC、POSIF等产生,ERU对这些事件请求综合处理,如多个请求事件的组合、信号判定触发、触发外设交叉矩阵、响应门控等,最终产生脉冲或电平输出,去触发ADC、CAPCOM、IRQ、DSD、POSIF等外设对请求进行相应的服务。一定程度上我们可以把ERU单元当作一个小型的FPGA。

一些其他厂的MCU器件也有类似功能组件,比如交叉某某等。这些交叉某某的限制大部分是硬连线的配置形式提供,还有一些厂的MCU器件的交叉某某产生的请求无法映射到多个服务同步进行。英飞凌的ERU无疑是十分强大的。

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系统中由LMX2491的PLL_TRIG1输出来推动主体控制过程:PLL_TRIG1输出关于调制信号的状态,这个状态经过ERU路由到CCU定时器进行4路ADC的同步采样。CCU定时器的采样时间由连续chirp信号的带宽、爬升时间、连续帧数等决定,这些参数在后面的算法中会看的比较清楚,这里就不多占用空间。4路采样得到的数据经DMA采集保存到XMC4700的SRAM。后面的流程可想而知,对这些数据根据算法进行DSP数字信号处理最终得到距离、速度和角度信息。


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