24GHz 和 77G 車載雷達(dá)的未來發(fā)展趨勢調(diào)研分析

國際著名微波雜志《Microwave Journal》發(fā)布了全新的車載雷達(dá)市場報告，對車載雷達(dá)的政策法規(guī)、24GHz 和 77G 車載雷達(dá)的未來發(fā)展趨勢、以及全球車載雷達(dá)市場的主要供應(yīng)商進(jìn)行了調(diào)研和分析。

報告大致情況如下：（小編自譯）

1.24GHz 頻段將被 79GHz 高分辨率近程雷達(dá)取代

汽車?yán)走_(dá)可以確定物體的速度，從而預(yù)測它們是否會與車輛相撞。然而，目前的雷達(dá)缺乏光學(xué)傳感器提供的三維視覺和細(xì)節(jié)映射，但隨著雷達(dá)模塊的分辨率和處理能力的迅速提高，這種情況正在發(fā)生變化。

根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）和聯(lián)邦通信委員會（FCC）制定的頻譜法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計到 2022 年初，24 GHz 車載雷達(dá)將逐漸退出美國和歐洲市場，被 77 GHz 車載雷達(dá)取代。

77-81 GHz 是較新被批準(zhǔn)的毫米波雷達(dá)頻段，從行業(yè)法規(guī)和行業(yè)采用率方面都獲得了廣泛的關(guān)注。下一代雷達(dá)將利用 79GHz 頻段的大可用帶寬提高分辨率，加上人工智能和其他先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使其能夠進(jìn)行全三維成像。

據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)著名產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu) Yole Développement 預(yù)測，全球車載雷達(dá)市場到 2025 年將達(dá)到 86 億美元，年復(fù)合年增長率達(dá) 15.6％。全球車載雷達(dá)市場到 2025 年將達(dá)到 86 億美元，年復(fù)合年增長率達(dá) 15.6％。

在這次調(diào)查中，微波雜志只包括 77 和 79GHz 雷達(dá)傳感器和芯片，因為 24GHz 傳感器將在 2022 年落幕。因此，像 ADI、Valeo、Hella、UMS 等公司目前主要只涉及 24GHz 的解決方案，這些公司不包括在內(nèi)，但預(yù)計它們中的許多公司很快會進(jìn)入更高頻率的解決方案。

2. 各國初創(chuàng)公司

圖：Ainstein 汽車 77GHz 中遠(yuǎn)程雷達(dá) K-77

1）Ainstein

成立于 2015 年，是木牛科技的美國公司，主要生產(chǎn)針對無人機(jī)和汽車應(yīng)用的雷達(dá)傳感器。Ainstein 汽車?yán)走_(dá) Kanza-77 結(jié)合了中距離和遠(yuǎn)程覆蓋的廣闊視野，在一個單一的包內(nèi)提供兩種測量模式。

它采用射頻 CMOS 技術(shù)、強(qiáng)大的計算平臺和先進(jìn)的信號處理算法，最大帶寬為 2GHz，范圍超過 180 米，最小距離分辨率為 15cm，可探測并跟蹤車輛行駛路徑上多達(dá) 64 個靜態(tài)及動態(tài)目標(biāo)，并實現(xiàn) 3D 高清晰度的目標(biāo)分離。Kanza-77 可以根據(jù)客戶需求實現(xiàn)高度定制化。

寬視角、中距離覆蓋范圍不僅可以檢測到從相鄰車道切入的車輛，還可以識別裝備車輛寬度范圍內(nèi)的車輛和行人。遠(yuǎn)距離覆蓋可提供精確的客體辨別、范圍和速度數(shù)據(jù)，以及 100 米以外車輛的角度。

他們的 T-79 產(chǎn)品是新一代短程、寬帶、高分辨率汽車?yán)走_(dá)傳感器。它是建立在射頻 CMOS 集成電路技術(shù)允許超低功耗和低單位成本。高度集成的硬件設(shè)計與 Ainstein 專有的先進(jìn)雷達(dá)信號處理算法相結(jié)合，使其能夠在車輛上配置多個單元時進(jìn)行高分辨率 360°檢測。這允許半自動或完全自動駕駛。

2）Metawave

2017 年 8 月，施樂公司（PARC）剝離了 Metawave 公司，后者建立了基于工程超材料和人工智能（AI）的技術(shù)解決方案。Metawave 正在為自主車輛和 5G 市場的智能波束控制天線系統(tǒng)進(jìn)行商業(yè)化。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，Metawave 正在建造第一個模擬波束導(dǎo)向雷達(dá)系統(tǒng)，能夠區(qū)分接近的物體，在困難的駕駛場景和全天候條件下，使汽車更加安全和智能。

它的產(chǎn)品 SPEKTRA 利用模擬波束形成和波束轉(zhuǎn)向技術(shù)以及先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)，提供低成本的解決方案，推動高度自動化駕駛的發(fā)展，并部署先進(jìn)的自動安全功能，如左轉(zhuǎn)輔助、盲點(diǎn)監(jiān)控、自動緊急制動，自適應(yīng)巡航控制、堵車駕駛員、高速公路駕駛員等。該產(chǎn)品通過分析交通模式實現(xiàn)三維成像、目標(biāo)識別和分類、非視線目標(biāo)檢測和事故預(yù)測，在全天候條件下具有智能功能。汽車?yán)走_(dá)的未來需要這些能力，這將使自動駕駛汽車成為現(xiàn)實。中波揚(yáng)聲器? 可對 350 米以上車輛和 200 米以上行人進(jìn)行檢測和分類，比現(xiàn)有產(chǎn)品更遠(yuǎn)。

3）Uhnder

Uhnder，是一家總部位于德克薩斯州奧斯汀的半導(dǎo)體初創(chuàng)公司，剛剛從隱形模式中走出來。據(jù)公司介紹，他們正在供應(yīng)第一批全數(shù)字汽車?yán)走_(dá)芯片。Uhnder 采用先進(jìn)的 CMOS 和數(shù)字編碼調(diào)制（DCM）技術(shù)相結(jié)合的方式，提供性能更高、體積更小、功耗和成本更低的雷達(dá)。他們的雷達(dá)傳感器可以在 300 米的范圍內(nèi)對環(huán)境進(jìn)行三維成像。

芯片上雷達(dá)（radar-on-chip，RoC）具有 12 個發(fā)射天線和 16 個接收天線，利用 77/79ghz 頻段形成 192 個虛擬單元。他們在 ISSC2019 上提出了一種原型，使用由外部 PLL 產(chǎn)生的 15.2 至 16.2GHz LO：通過使用多相濾波器將差分 LO 輸入轉(zhuǎn)換為正交。濾波器輸出通過差分 100 歐姆端接傳輸線緩沖并分配到所有 TX/RX 信道。

所有通道使用限幅放大器和次諧波正交注入鎖定振蕩器，以 5×注入低頻產(chǎn)生毫米波載波。數(shù)字信號處理和其他雷達(dá)信號計算能力由兩個帶浮點(diǎn)支持的 CPU 和兩個 DSP 在同一芯片上支持。整個軟件定義的硬件管道能夠進(jìn)行高達(dá) 20tera 的 Ops 基帶處理。這是相當(dāng)多的模擬和數(shù)字內(nèi)容打包到一個芯片上。

天線單元為波導(dǎo)耦合，采用襯底集成波導(dǎo)與芯片低損耗耦合。用外部鎖相環(huán)對雷達(dá)進(jìn)行了測試，在 1MHz 偏置下，77.5ghztx 相位噪聲為 -110dBc/Hz。在本文中，8 個 tx 同時在 MIMO 模式下工作。作者報道了超過 30db 的抵消，與存在自干擾時相比，它允許同時降低相關(guān)噪聲地板約 20db。

該傳感器可以使用 MIMO 或波束形成 / 波束控制模式在 3D 中實現(xiàn)更大的距離和感知。Uhnder 采用 CMOS 和從蜂窩通信中借鑒的先進(jìn)數(shù)字處理技術(shù)相結(jié)合的方法，使其比現(xiàn)有雷達(dá)傳感器具有競爭優(yōu)勢，甚至可以應(yīng)用于 5G 毫米波通信，機(jī)器人和監(jiān)視應(yīng)用。

3.車載雷達(dá)芯片企業(yè)

1）Vayyar

Vayyar 的傳感器由一個集成的、高性能的帶大內(nèi)存的數(shù)字信號處理器（DSP）增強(qiáng)，無需外部 CPU 就能執(zhí)行復(fù)雜的成像算法。Vayyar 技術(shù)利用 MIMO 技術(shù)生成高分辨率 4D 圖像。由于有大量的收發(fā)器和先進(jìn)的數(shù)字信號處理器，它們能夠產(chǎn)生高精度的高分辨率輪廓。Vayyar 芯片上的射頻傳感器有 48 個 60 GHz 和 79 GHz 寬帶的收發(fā)器，允許超過數(shù)千個虛擬通道。

該芯片還包括一個用于實時信號處理的內(nèi)部 DSP，省去了對外部 ECU 的需求。這種雙頻段解決方案很容易集成到現(xiàn)有的汽車框架中，并提供多功能功能，以降低車輛所需的總體成本和傳感器數(shù)量。

2020年 1 月，他們的 60GHz 汽車級多輸入多輸出（MIMO）雷達(dá)芯片被添加到 79GHz 芯片上，60GHz 解決方案提供了 Vayyar 79GHz 參考設(shè)計的完整功能，使汽車行業(yè)能夠滿足全球歐盟 NCAP 和美國熱車需求。Vayyar 的解決方案利用專有的 4D 點(diǎn)云體素成像，顯示人的尺寸、位置、呼吸模式和運(yùn)動。

60GHz 解決方案為制造商和一級供應(yīng)商提供與 79GHz 解決方案相同的 ROC 功能，從而提供了充分的靈活性，可以在不受監(jiān)管限制的情況下開始全球大規(guī)模生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。

2）德州儀器

德州儀器的 AWR1642 設(shè)備是一個集成的單片 FMCW 雷達(dá)傳感器，能夠在 76GHz 至 81GHz 頻段工作。

該器件采用 TI 公司的低功耗 45 納米 RFCMOS 工藝制造，在極小的外形尺寸下實現(xiàn)了前所未有的集成度。AWR1642 是一個理想的解決方案，低功耗，自我監(jiān)測，超精密雷達(dá)系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域。

該設(shè)備是一個獨(dú)立的 FMCW 雷達(dá)傳感器單片機(jī)解決方案，簡化了 76-81ghz 頻段汽車?yán)走_(dá)傳感器的實現(xiàn)。它是建立在鈦的低功耗 45 納米 RFCMOS 工藝，這使得一個 2TX，4RX 系統(tǒng)的內(nèi)置 PLL 和 A2D 轉(zhuǎn)換器的單片實現(xiàn)。它集成了 TI 公司的高性能 C674x DSP 作為雷達(dá)信號處理芯片的 DSP 子系統(tǒng)。

該設(shè)備包括一個基于 ARM R4F 的處理器子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)無線電配置、控制和校準(zhǔn)。簡單的編程模型更改可以實現(xiàn)多種傳感器實現(xiàn)（短、中、長），并且可以動態(tài)重新配置以實現(xiàn)多模傳感器。此外，該設(shè)備作為一個完整的平臺解決方案提供，包括參考硬件設(shè)計、軟件驅(qū)動程序、示例配置、API 指南和用戶文檔。

3）英飛凌

英飛凌已交付汽車 77GHz 雷達(dá)產(chǎn)品超過 10 年，出貨量超過 1 億。擁有全面的 XENSIV? 傳感器系列，提供一系列 RASIC? 77-79GHz 前端集成電路，專門用于基于雷達(dá)的駕駛員輔助系統(tǒng)，如自適應(yīng)巡航控制和碰撞警告。能夠探測和識別 250 米范圍內(nèi)的物體? 解決方案使駕駛員輔助能力需要從歐洲 NCAP（歐洲新車評估計劃）獲得五星級評級。

英飛凌系列雷達(dá)收發(fā)芯片（RASIC?) 滿足從自動緊急制動（AEB）到自動駕駛中的高分辨率雷達(dá)的所有安全關(guān)鍵應(yīng)用對 77-79GHz 雷達(dá)的需求。它支持高達(dá) 2GHz 的調(diào)制帶寬，使用快速斜坡進(jìn)行精確的距離測量和 MIMO 的同時發(fā)射操作。

RXS816xPL 是一個高度集成的設(shè)備，在一個設(shè)備中執(zhí)行雷達(dá)前端的所有功能 - 從 FMCW 信號調(diào)節(jié)到數(shù)字接收數(shù)據(jù)輸出的生成。用于溫度、輸出功率和多個監(jiān)視器 / 監(jiān)控電路的片上傳感器允許校準(zhǔn)和監(jiān)控。編程和狀態(tài)通過 SPI 進(jìn)行通信。

4）恩智浦

NXP 的 TEF810X 是完全集成的單片 rfcmos77GHz 汽車 FMCW 雷達(dá)收發(fā)機(jī)，該設(shè)備適用于 76-81ghz 全自動雷達(dá)頻段的短、中、遠(yuǎn)程雷達(dá)應(yīng)用。TEF810X 雷達(dá)收發(fā)機(jī)是一種集 3 臺發(fā)射機(jī)、4 臺接收機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和低相位噪聲壓控振蕩器（VCO）于一體的低功耗雷達(dá)收發(fā)機(jī)。

它支持 2GHz 赫帶寬和 4GHz 拼接。該汽車?yán)走_(dá)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)幾個關(guān)鍵的駕駛員輔助和安全應(yīng)用，如自動緊急制動（AEB）、自適應(yīng)巡航控制（ACC）、盲點(diǎn)檢測 / 監(jiān)控（BSD/BSM）、后交叉交通警報（RCTA）、前交叉、交通警報（FCTA）、后防撞（RCA）、泊車輔助（PA），后部乘員檢測 / 警報（ROD/ROA）、繭狀雷達(dá)和成像雷達(dá)。

他們還提供 MR3003，一個高性能，汽車合格的單芯片 76-81GHz 赫雷達(dá)應(yīng)用收發(fā)機(jī)。MR3003 收發(fā)器包括 3 個發(fā)射和 4 個接收通道。MR3003 具有同類產(chǎn)品中最好的性能，例如具有 TX 相位旋轉(zhuǎn)的高角度分辨率、由于低相位噪聲和線性而實現(xiàn)的最佳對象類內(nèi)分離，以及由于高輸出功率和低噪聲系數(shù)而實現(xiàn)的長檢測范圍。這是一個具有 4GHz 的 BiCMOS 雷達(dá)收發(fā)機(jī)，具有最高的目標(biāo)分辨率，并且具有單獨(dú)的 LO-in 和 LO-out，用于主 / 從設(shè)置中的級聯(lián)。

5）意法半導(dǎo)體

意法半導(dǎo)體為 STRADA770M 提供了一種帶集成 FMCW 啁啾調(diào)制器和基于剖面的序列器的雙頻 77ghz 雷達(dá)收發(fā)機(jī)，目標(biāo)是在 76-77ghz 和 77-81ghz 調(diào)節(jié)頻帶內(nèi)應(yīng)用于汽車?yán)走_(dá)。

它被設(shè)計成與一個控制器 / 處理器集成在一個完整的雷達(dá)傳感器中，該控制器 / 處理器負(fù)責(zé)：通過從接口對其進(jìn)行配置；接收 / 處理通過主接口產(chǎn)生的原始雷達(dá)數(shù)據(jù)（如果來自每個接收通道，則對其進(jìn)行采樣）。

該器件可以合成出最佳性能所需的低相位噪聲時鐘，借助于外部 40 或 50 兆赫晶體，但也支持外部振蕩器。可在單個電源電壓（3.3 V）或兩個不同的電源電壓（3.3 和 2.6 V）下為設(shè)備供電；在這兩種情況下，依靠多達(dá) 6 個外部無源穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的集成 LDO 在內(nèi)部產(chǎn)生附加電壓（1.2 V 和 2.6 V）。為了實現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制器的環(huán)路濾波器，還需要一個外部無源網(wǎng)絡(luò)。

4.老牌企業(yè)，行業(yè)“守衛(wèi)者”

1）Aptiv

2017 年，德爾福汽車拆分公司，創(chuàng)建了 Aptiv，專注于與自動駕駛汽車相關(guān)的技術(shù)，德爾福技術(shù)專注于動力總成開發(fā)。根據(jù) Systems Plus Consulting 在 2018 年的報告，Aptiv 的 SRR3 設(shè)備是 2015 年通過認(rèn)證的側(cè)面和背面雷達(dá)傳感器。

它設(shè)計用于各種 ADAS 應(yīng)用，如盲點(diǎn)、車道變換輔助和交叉交通警告。它有三種不同的 PCB 基板，其中兩種專用于射頻信號處理和傳輸。該器件工作在 76-77GHz 頻段，包含 40 個由腔波導(dǎo)饋電的 H 極平面天線。由于其體積小，它可以與標(biāo)準(zhǔn)的雙板雷達(dá)模塊競爭。他們還在這個模塊中使用分立器件，而許多其他公司已經(jīng)轉(zhuǎn)向 MMIC 方法。

2）Veoneer

2018 年 6 月，奧托立夫?qū)⑵浒踩到y(tǒng)產(chǎn)品剝離為 Veoneer。他們已經(jīng)交付了超過 3800 萬個雷達(dá)傳感器（他們的雷達(dá)傳感器產(chǎn)品線最初是與 MACOM 合作的，在分拆前賣給了 Autoliv）。Veoneer 的高分辨率雷達(dá)允許增加檢測點(diǎn)，從而提高了解自由空間的能力，在多目標(biāo)環(huán)境中更好地分離目標(biāo)，并在盲點(diǎn)警告和后交叉交通警告中更精確地檢測。

Veoneer 的 77GHz 雷達(dá)系統(tǒng)可以看到迎面而來的車輛，并在高速公路行駛期間自動管理車道變化。Veoner 提供 77GHz 高分辨率雷達(dá)和 77GHz 多模雷達(dá)。它們的特點(diǎn)是：主動盲點(diǎn)、后交叉口交通警報、自適應(yīng)巡航控制、變道輔助、安全門打開、前 / 后碰撞警報、自由空間檢測和自動緊急制動。

3）BOSCH

博世正在生產(chǎn)第四代遠(yuǎn)程雷達(dá)傳感器（LRR4），該傳感器建立在前三代雷達(dá)開發(fā)和制造過程中積累的經(jīng)驗基礎(chǔ)上。LRR4 是一種單基地多模雷達(dá)，有六個固定天線。中央四個天線具有最佳性能，可在更高速度下記錄車輛周圍環(huán)境。

它們以±6 度的開度形成聚焦光束模式，在相鄰車道交通干擾最小的情況下提供出色的遠(yuǎn)程檢測。在近距離范圍內(nèi)，LRR4 的外部兩個天線可將視野擴(kuò)大至 5 米處的±20 度，從而能夠快速檢測進(jìn)入或離開車道的車輛。

4）Continental AG

大陸的 ARS540 是一款高性能遠(yuǎn)程雷達(dá)傳感器，能夠與其他技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)高度自動化駕駛。它以最先進(jìn)的傳感器尺寸提供最佳的雷達(dá)性能。ARS540 的優(yōu)點(diǎn)之一在于它的緊湊性和靈活的使用，使得它更容易在整個車輛平臺上使用。

由于更高的分辨率和更精確的檢測，提高了性能。新一代雷達(dá)的一個特點(diǎn)是與前幾代雷達(dá)相比具有更高的分辨率，因此可以提供更好的交通狀況圖片。此外，由于傳感器的高程測量精度，可以檢測到路緣石等道路限制，以及橋下交通堵塞的尾部等物體的高度。

ARS540 也基于可擴(kuò)展的模塊化原則，其功能范圍分級，靈活支持車輛制造商的不同要求和電子電氣（E/E）架構(gòu)。由于使用 77 千兆赫技術(shù)的全球趨勢，傳感器的分辨率越來越高，有助于更準(zhǔn)確地檢測更小的物體，例如丟失的備胎或脫落的排氣管。它的范圍高達(dá) 300 米，掃描角度為±60°是可能的，這使得在第一步實現(xiàn)高級駕駛員輔助功能和在未來的自動駕駛。

5）Denso

電裝生產(chǎn)了一種毫米波雷達(dá)傳感器，用于測量前方車輛和其他物體的相對速度和距離。根據(jù)此傳感器的測量結(jié)果，碰撞前安全系統(tǒng)會通知駕駛員可能發(fā)生碰撞，收緊安全帶以保護(hù)乘客，對制動器施加額外壓力，并激活其他駕駛輔助系統(tǒng)以在發(fā)生碰撞時將損壞降至最低。

5）ZF Friedrichshafen AG

德國汽車供應(yīng)商采埃孚 ZF Friedrichshafen AG 于 2015 年收購了 TRW Automotive Holdings。ZF 汽車公司生產(chǎn)的 AC1000T 是一個 77GHz 的中程雷達(dá)系統(tǒng)。它提高了速度分辨率，范圍高達(dá) 200 米（它在一個地方說，但產(chǎn)品網(wǎng)頁 180 米）。它具有高達(dá) 70 度的水平掃描角度（產(chǎn)品頁面上為 60 度），適用于自適應(yīng)巡航控制、預(yù)期碰撞警告和自動緊急制動等應(yīng)用。

6）Nidec Elesys

日本電產(chǎn)艾萊希斯公司生產(chǎn)一款 76GHz 雷達(dá)傳感器，用于確定其他物體的距離和相對速度，以用于 ACC 和其他安全應(yīng)用。它的工作范圍為 150 米，只有 16 度的水平視角，因此與競爭對手相比顯得非常有限。

7）Smartmicro

德國 Smartmicro 與奧迪合作發(fā)明了車道變更輔助（LCA）雷達(dá)，并于 2006 年與一個生產(chǎn)合作伙伴開始生產(chǎn)。該專利技術(shù)后來通過引入盲點(diǎn)檢測（BSD）、后交叉交通輔助（RCTA）和后碰撞警告（RCW）等附加功能得到了增強(qiáng)，遠(yuǎn)程前方碰撞警告（FCW）傳感器于 2008 年投入生產(chǎn)。

如今，76-81GHz 的傳感器已經(jīng)被開發(fā)出來并批量生產(chǎn)，用于所有類型的角雷達(dá)應(yīng)用，帶寬高達(dá) 4GHz，射程 120 米，以及第四代自適應(yīng)巡航控制（ACC）、自動緊急制動（AEB）和其他功能。奧迪、大眾、寶馬、馬自達(dá)、保時捷、PSA 和現(xiàn)代 / 起亞等客戶使用 smartmicro 技術(shù)。他們提供由 smartmicro 制造的高性能汽車級產(chǎn)品。

它們具有自動車輛集成的特殊功能，代表了第四代汽車?yán)走_(dá)傳感器，引入了 4D/UHD 技術(shù)。功能包括 4D/UHD 分辨率，角分辨率和仰角測量，高達(dá) 4GHz 帶寬，可切換的多模（短 / 中 / 長）單周期延遲，多波段，具有高達(dá)四個中心頻率，無干擾操作，自適應(yīng)天線：寬 / 窄或直 / 斜視軟件可選。

編輯：hfy