AiP技術(shù)擴(kuò)展了毫米波雷達(dá)的應(yīng)用

說起AiP（封裝天線）大家可能并不陌生，它是將天線與芯片集成在封裝內(nèi)使芯片具有系統(tǒng)級無線功能的技術(shù)。AiP技術(shù)符合高集成度的趨勢，為系統(tǒng)級無線芯片提供了很好的天線與封裝解決方案?；氐饺绾螌?shí)現(xiàn)毫米波天線陣列，有兩種常見方式：AoC （Antenna on Chip）、AiP （Antenna in Package，封裝天線）。AoC技術(shù)更適用于較毫米波頻段更高的太赫茲頻段（300GHz-3000GHz）。AiP實(shí)現(xiàn)了天線與芯片高度集成功能的同時，兼顧了天線性能、成本及體積。

CMOS工藝把射頻芯片和數(shù)字芯片集成到一起變成SoC這一步本身就是很大的突破，SoC芯片的問世，不僅大大降低了客戶產(chǎn)品的開發(fā)難度，且整個系統(tǒng)成本也隨之下降。那么到底能下降多少成本呢？從第一代的砷化鎵到鍺硅，整個系統(tǒng)成本大概降了50%；到了CMOS工藝的時代，跟上一代鍺硅相比又降了40%的系統(tǒng)成本；而到SoC時代，又會帶來30%的成本降低。在此之上如果把天線集成到系統(tǒng)形成一顆AiP的SoC芯片，整個系統(tǒng)成本能夠進(jìn)一步下探約25%，其好處是非常明顯的。

近日，加特蘭在媒體日上就著重介紹了在今年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的AiP產(chǎn)品。

加特蘭AiP包含有多個收發(fā)通道并且支持MIMO技術(shù)，系統(tǒng)性能更為強(qiáng)大。與此同時在開發(fā)階段，客戶不需要投入人力和時間進(jìn)行天線設(shè)計和測試，大大縮短整個產(chǎn)品的研發(fā)周期，從而縮短產(chǎn)品上市的時間。

AiP和加特蘭的淵源要追溯到三年前。2017年第一代產(chǎn)品研發(fā)出來之后加特蘭就開始了AiP相關(guān)的研發(fā)。在2018年的時候加特蘭第一代AiP產(chǎn)品與Alps SoC樣片同時問世，實(shí)現(xiàn)了毫米波雷達(dá)業(yè)界通道數(shù)量最多的AiP的設(shè)計。經(jīng)歷了四代的迭代和優(yōu)化，AiP正式進(jìn)入量產(chǎn)。當(dāng)然，這個過程中也遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。

物理設(shè)計是首先遇到的問題，加特蘭AiP芯片在長12毫米的芯片里面一共放了5240個過孔，161條信號線，12個天線單元；然后是如何避免天線性能受影響。加特蘭通過對構(gòu)架和形態(tài)不斷迭代，完成了芯片和模組的協(xié)同設(shè)計；在封裝方面需要考慮工藝和材料，還有散熱的問題；最困難的一點(diǎn)就是電連接，多種不同的設(shè)計且同時要考慮信號的匹配、損耗等指標(biāo)。為了滿足芯片的高可靠性要求，加特蘭AiP為滿足車規(guī)級AEC-Q100，做了11項(xiàng)、超過6000小時的可靠性實(shí)驗(yàn)。

加特蘭AiP具備非常高的設(shè)計冗余度。我們都知道普通頻段是76到81GHz，整個使用帶寬只有5 GHz。加特蘭的設(shè)計保證了帶寬16GHz，相當(dāng)于翻了3倍的能力。天線增益方面，它的使用帶寬是5GHz，但是整個增益的需求滿足的帶寬其實(shí)是11 GHz，那也是說有200%的冗余。

對于應(yīng)用在汽車ADAS系統(tǒng)或者無人駕駛技術(shù)，毫米波雷達(dá)是很重要的傳感器。加特蘭的AiP產(chǎn)品同時又?jǐn)U展了毫米波雷達(dá)在艙內(nèi)應(yīng)用的可能性。

在汽車艙內(nèi)，毫米波傳感器可以實(shí)現(xiàn)手勢識別控制，檢測駕駛員的生命體征，比如心跳呼吸等，以及檢測艙內(nèi)是否有活體存在。目前很多車廠對傳感器提出了以上的功能需求，以防止兒童或者寵物被遺忘在艙內(nèi)。使用加特蘭AiP技術(shù)，只需要一個很小的傳感器裝在車頂燈位置或者后視鏡位置就可以完成對車艙內(nèi)生命體征的探測。

毫米波雷達(dá)在市場上的應(yīng)用場景還有很多，比如智能空調(diào)、監(jiān)控領(lǐng)域等等。本質(zhì)上來說，它是一個傳感器，而通過AiP技術(shù)，客戶可以快速地將其應(yīng)用于各種行業(yè)的方方面面。加特蘭預(yù)測，隨著AiP技術(shù)的普及，到2024年全球毫米波雷達(dá)的容量將增長到4億顆，AiP將給市場帶來40%的增長。
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