一说到“雷达”，想必大家脑海里首先浮现的就是“军事雷达”，然而今天我们要讨论的雷达却是能够应用于我们生活中的雷达。随着生活智能化程度越来越高，高精度的距离探测、运动侦测、速度和移动方位检测等需求也越来越多，比如智能汽车、家庭建筑安防、机器人、无人机、工业自动化等领域。今天爱板网要为大家推荐一款由英飞凌推出的24GHz FMCW雷达解决方案“Distance2Go”。

Distance2Go是一套完整的英飞凌雷达系统评估平台，包括了一块高集成度的24GHz收发一体芯片BGT24MTR11与32位ARM Cortex-M4微控制器XMC4200构成的开发板（板载调试器）、演示软件和高度交互的图形界面工具，用户通过一根MicroUSB线就能实现轻松调试。

Distance2Go开箱

Distance2Go评估板套件为白色纸盒包装，侧面有型号信息。

打开包装后有Distance2Go评估板一块、USB数据线一根、引导手册一份。

Distance2Go评估板由防静电袋包装，打开包装，电路板有外壳保护。正面贴着英飞凌LOGO，四面排针扩展接口都有预留出来。

电路板背面主要为雷达的发射和接收天线。

取下Distance2Go外壳，可以看到板子十分精致小巧，尺寸仅有50mm x 45mm，差不多是一张名片的1/2大小。

Distance2Go的器件大都贴于电路板正面，主要分为板载调试器与雷达功能两部分，由镂空槽隔开。

电路板采用6层板，盲孔设计。Top层为器件布局与微带线走线层，第2层是Top层的参考地，第3、4层为其他信号走线层，Bot层为微带线天线层，第5层为Bot层参考地层。由于板卡底层为天线，在天线区域无法使用通孔，板卡采用了盲孔技术，阻抗介质层采用了高频性能较佳的罗杰斯板材。

Distance2Go的主要性能参数如下所示：

最小探测距离：

• 50cm

最大探测距离：

• 15m  （雷达散射截面积 1㎡）
• 26m  （雷达散射截面积 10㎡）

测量精度：

• 30cm （雷达散射截面积 1㎡）
• 20cm （雷达散射截面积 10㎡）

Distance2Go硬件

Distance2Go评估板主要包含一个雷达主板区域以及一个可折断的调试板部分。雷达主板区域包含了四个重要部分：RF部分，模拟放大器部分，频率控制部分和数字部分，如下图所示：

RF部分由英飞凌24GHz雷达MMIC-BGT24MTR11芯片组成，包括用于TX和RX部分的微带贴片天线。

数字部分由英飞凌的XMC4200（32位ARM CortexTM-M4微控制器）组成，用于采样和处理雷达前端的模拟数据，并通过SPI接口配置BGT24MTR11芯片。

模拟放大器部分将RF部分接收的信号处理后送入电路板数字部分。

频率控制部分包含低噪声小数分频锁相环。

下图则为Distance2Go评估板的基本硬件功能框图：

其主要的工作原理：

Distance2Go评估板上集成了微带天线，Wilkinson功分器用于将来自雷达IC的差分发射器输出功率信号组合后再送入天线。每个接收器通道在其IF输出端连接了两级模拟放大器。

评估板使用XMC4200微控制器作为雷达主板的控制器，使用集成的12位模数转换器（ADC）对来自基带放大器的模拟下变频信号进行采样和处理，并通过SPI接口控制雷达芯片，用户不但可以通过对SPI的设置控制雷达芯片的输出功率和接收部分的增益，还可以通过SPI命令来读取不同的传感器输出。

低噪声小数分频锁相环（PLL）IC用于执行频率控制和FMCW调制波发生器。雷达IC上的1/16集成预分频器的输出连接到PLL RF输入引脚，PLL电荷泵的输出电压通过环路滤波器连接到BGT24MTR11的调谐端口，从而形成闭环系统。

整个过程用于将模块的发送信号锁定到ISM频带内的输出频率。集成的1/65536预分频器产生低频输出信号（约23 kHz），连接到XMC4200的比较和捕获单元（CCU4）以进行频率监控。

开发板通过micro-USB供电，使用低噪声LDO为各个部分模块供电。BGT24MTR11电源端口由PMOS开关控制，可以通过控制雷达芯片电源使内部的传感器工作在占空比模式，以此降低功耗。电源树框图如下所示：

• 英飞凌24 GHz雷达收发器BGT24MTR11

Distance2Go评估板的核心为板载的英飞凌BGT24MTR11雷达收发器芯片。这是英飞凌BGT24系列24 GHz雷达收发器产品的主导产品，用于信号生成和接收的硅锗MMIC（单片微波集成电路），工作频率范围为24.0至26.0 GHz。

BGT24MTR11是一款高集成度的单片微波芯片，具备1 TX以及1 RX，通过SPI接口控制，内部集成压控振荡器（VCO），功率放大器（PA），集成温度和功率传感器，预分频器和IQ接收器，其硬件系统框图如下所示：

压控振荡器包括可切换频率预分频器1.5 GHz和23 kHz的输出频率。

主RF输出提供典型值为11dBm信号功率和辅助LO输出，可用于为分离的接收器组件提供LO信号；

接收端拥有低噪声放大器（LNA），RC多相滤波器（PPF）。

另外值得一提的是，BGT24MTR11还包含了输出功率传感器和温度传感器。

其主要特性如下所示：

• 24GHz ISM频段收发器MMIC
• 完全集成的低相位噪声VCO
• 具有1.5GHz和23kHz输出的可切换预分频器
• 片上功率和温度传感器
• 基于Gilbert的零差正交接收器
• 单端RF和LO端子
• 低噪声系数NFSSB：12 dB
• 高转换增益：26 dB
• 高1 dB输入压缩点：-12 dBm
• 单电源电压3.3 V.
• 低功耗500 mW
• 200GHz双极SiGe：C技术b7hf200
• 完全ESD保护的设备
• VQFN-32-9封装

• 英飞凌XMC4200微控制器

比较有意思的是，Distance2Go搭载了两颗英飞凌32位ARM Cortex-M4 XMC4200微控制器，一颗作为雷达的主控，如下图所示。另一颗作为板载调试器，通过UART引脚与主控MCU通信，板子预装了许可固件，不需要额外的仿真器即可直接下载调试。

XMC4200的硬件系统框图如下

主控XMC4200微控制器在Dsistance2Go中的作用主要用于采样以及信号处理，并且包括控制雷达的一些外设系统，其功能包括：

• 80MHz主频，256KB Flash，40KB RAM
• 两个CCU4单元用于通用定时器
• 两个12位ADC，每个有8通道；1个12位DAC，两通道
• USB2.0，集成PHY；CAN接口
• 4个通用串行接口通道，可用于UART、SPI、I2C、I2S、LIN接口等

Distance2Go具有用于发送和接收部分的2x4微带贴片天线。天线的模拟增益约为12dBi，开启角度为20°x42°。下图为模拟的3D辐射图：

此外，Distance2Go提供了两个12Pin的对外接口，其中包含了模块的模拟输出和用于检测的各种其它信号，可以通过这些接口与外部信号处理器连接。扩展接口定义如下图所示：

Distance2Go软件

在进行Distance2Go调试开发之前，需要到英飞凌官网注册用户信息，如果已经注册，可以直接使用该账号信息发邮件到24GHzSupport@infineon.com获取完整的软件与固件开发包。听英飞凌工程师介绍，他们正在优化软件获取流程，之后无需任何注册即可下载使用，近期就会上线，鼓掌表示非常期待，这将大大方便用户对板子的开发。

开发包名称为“Radar_D2G_fw_sw_hw_all_in_one”，里面包含了硬件PCB、开发例程等文件，开发包文件目录结构如下图所示：

Distance2Go提供了PC端的应用程序Radar GUI，可用于在时域和频域中显示和分析采集的数据，GUI工具允许提取雷达时域信号，允许高级调试和算法开发。用户可以利用如下的软件工具即可实现Distance2Go完整的开发。

Segger J-Link主要用于板载调试器工具软件。

由于英飞凌XMC Flasher与DAVE是基于Java开发，所以需要提前安装JAVA运行环境。XMC Flasher是英飞凌提供的MCU程序下载工具。XMC 4200 Serial Port Drivers 是Distance2Go板卡数据端口连接PC时的串口驱动程序（WIN10系统不需安装）。Infineon Toolbox based Radar GUI即是Distance2Go最主要的雷达上位机调试软件。DAVE是英飞凌MCU微控制器程序开发软件，在这里用于开发XMC4200雷达控制程序。

在安装完成上面的软件后就可以进行开发调试了。Distance2Go开发板已经预装了距离探测和测速的固件，如需更新，可使用XMC Flasher下载程序。首先使用USB线连接开发板的调试接口，如下所示：

启动软件后配置调试工具为SEGGER，接口为SWD模式，芯片型号为XMC4200-256，然后点击连接。

点击Select File按钮，选择程序文件。在“Radar_D2G_fw_sw_hw_all_in_one”开发包中已经包含了编译好的程序HEX文件，只需要选择合适测试功能的文件即可。然后依次点击Erase、Program、Verify进行擦除下载和校验，如下图所示：

“Radar_D2G_fw_sw_hw_all_in_one”开发包中提供了5种不同功能的开发例程，使用软件DAVE进行开发。Radar_D2G_Doppler用于运动速度检测，Radar_D2G_Doppler_FMCW用于速度和距离检测，Radar_D2G_FMCW用于距离检测，Radar_D2G_FMCW_HA使用高精度算计进行距离检测，Radar_D2G_FW不含有速度和距离检测算法，包含原始数据，供用户开发自己的算法使用。

使用DAVE软件导入工程后，如下图所示，是大家熟悉的Eclipse开发环境，可以很方便地进行软件开发与调试。

接下来就是连接雷达调试工具了，打开英飞凌工具箱后，Infineon Toolbox集成了英飞凌多个调试工具，可以在工具箱中搜索安装其他英飞凌工具。下图中可以看到，Radar GUI已经有安装。

然后使用USB线连接开发板的数据接口，通过Radar GUI控制与显示测试结果。

打开Radar GUI调试工具，软件会自动连接Distance2Go开发板，并进行显示测试状态等信息。如果连接不成功，需要检查串口驱动是否安装好，WIN10系统不需安装驱动即可使用。下图即为Radar GUI工具软件界面。

上图中软件的左侧栏为配置信息栏，显示了当前开发板各项参数的情况，同时也可通过这里修改参数，然后配置，进行调试。软件Spectrum栏显示的为实时的快速傅里叶变换（FFT）后的频谱结果。Object Angle栏为极视图，显示了实时的测量的目标的方位信息与距离信息。Range栏显示了测量距离。Velocity栏显示了速度。上图是将Distance2Go开发板水平置于桌面上测试到天花板的距离，可以看到现在测量的结果是1.94米，方向角为0°。Radar GUI提供了FFT频域信息的同时也有时域信息，点击“Time Domain”即可实时显示开发板ADC采样的I信号与Q信号的时域图像，如下图所示：

Distance2Go实测

由于没有标准的1㎡或10㎡雷达波反射器，笔者只能选择最简单粗暴的方式，找了一面墙，通过评估板测试与墙的距离。测试前需要将Distance2Go安装在一个支架上，使用USB线连接到笔记本电脑上，为了提供充足的电能和方便测试，笔者连接两个USB线，一个下载，一个传输数据。使用卷尺来测量实际与墙体的距离。安装好的效果如下图所示：

如下图所示，将Distance2Go天线面对准墙面，离地面高度1.5米左右。分别测试25米内的数据。

测试数据如下所示：

由于没有标准的雷达波反射器，测量方式也导致会存在一定的误差，所以测试结果仅供参考。从测试数据来看，误差波动范围在30cm以内，符合官方的标准。另外，偏差均为正偏差，可以通过校准的方式，进一步提高测量精度，使偏差控制在更小的范围内。

小结

Distance2Go提供了一套完整的24GHz FMCW雷达解决方案，板载英飞凌高集成度的BGT24MTR11单片微波集成芯片，方便易用；搭载了稳定可靠的32位ARM Cortex-M4微控制器XMC4200作为雷达控制器，节约了成本，降低了开发难度。同时英飞凌提供了完善的软件与固件开发资料，人性化的上位机调试软件，可以快速采集可用于在PC上开发雷达信号处理算法的采样数据或使用DAVE编程软件直接在微控制器上实现目标检测算法验证。PC端桌面图形用户界面可以显示原始IF正交输出信号、FFT频谱、目标距离与速度信息，能够适用于快速上手进行各种应用开发。

用户借助Distance2Go能够在24 GHz ISM频段上实现和测试多种传感应用，例如FMCW距离测量，基于多普勒的运动检测，基于多普勒的运动方向检测以及基于多普勒的目标速度测量。这使得运用场景大大增加，如多旋翼无人机着陆和防撞、机器人技术、智能家居照明、安防等场景。相比于传统的运动检测，Distance2Go可以利用方向检测来实现更多功能，比如自动开门器就可以通过判断当运动方向朝门方向运动时才开门，来减少无缘由开门次数，降低能耗。24GHz雷达可以在极端环境下提供良好的性能支持，比如高温、寒冷、大风以及强光照等。同时24GHz雷达可以安装在一些可穿透的材料下面，便于隐藏，方便更好的外观设计。对这些领域感兴趣的用户可以去英飞凌官网购买此套件，同时，爱板网近期也会上线Distance2Go评估板免费申请试用，有兴趣的用户不妨多关注下。