應(yīng)用于汽車電子的高分辨率汽車?yán)走_(dá)

一家名為Uhnder的公司正在憑借其第一個(gè)芯片和在ISSCC 2019上發(fā)表的論文從``隱身模式''中脫穎而出，該論文是192個(gè)虛擬接收器77 / 79GHz GMSK碼域MIMO雷達(dá)片上系統(tǒng)。創(chuàng)始人Manju Hegde告訴我，他們正計(jì)劃在2019年晚些時(shí)候推出。

可以追溯到1957年的大型汽車供應(yīng)商麥格納（Magna）很快就成為了他們的第一個(gè)客戶。麥格納將使用Uhnder數(shù)字片上雷達(dá)（RoC）部署下一代汽車級(jí)大眾市場(chǎng)傳感器，從而實(shí)現(xiàn)更好的自動(dòng)化和自動(dòng)駕駛。

他們的產(chǎn)品是第一臺(tái)數(shù)字汽車?yán)走_(dá)（軍方較早使用數(shù)字雷達(dá)）。弗雷德·哈里斯（Fred Harris）幾年前為“隱形轟炸機(jī)”研究了軍事數(shù)字雷達(dá)架構(gòu)。他是Blackman-Harris濾鏡的共同發(fā)明人，并且作為Uhnder擴(kuò)展團(tuán)隊(duì)的一員，正在利用他的專業(yè)知識(shí)。他們的團(tuán)隊(duì)采用了這種軍用數(shù)字雷達(dá)架構(gòu)，并開(kāi)始開(kāi)發(fā)其汽車/商業(yè)IC。現(xiàn)在，所有其他汽車?yán)走_(dá)都通過(guò)FMCW進(jìn)行了模擬調(diào)制。

雷達(dá)SoC

今天讓我驚訝的是，采用CMOS IC工藝技術(shù)可以完成的工作?？匆幌滤鼈?cè)趫D1中的IC框圖。

圖1雷達(dá)SoC框圖，包括12TX / 8×2 RX 77/79 GHz MIMO收發(fā)器，數(shù)字信號(hào)處理，存儲(chǔ)器和接口（圖片由參考文獻(xiàn)1提供）

Uhnder的雷達(dá)芯片使用相位調(diào)制連續(xù)波形（PMCW）3,4。該架構(gòu)的特點(diǎn)是在79 GHz頻段的中型（MRR）和短程雷達(dá)（SRR）的汽車?yán)走_(dá)，以及在76 Ghz至77 Ghz的遠(yuǎn)程雷達(dá)（LRR）的汽車?yán)走_(dá)，也被調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）使用）雷達(dá)，目前用于汽車。79 GHz SRR可以具有高達(dá)4 GHz的非常寬的帶寬。Uhnder使用CMOS工藝創(chuàng)建其PMCW體系結(jié)構(gòu)。

隨著以CMOS工藝開(kāi)發(fā)的用于60 GHz通信的快速，低功耗，高速ADC的出現(xiàn)，PMCW成為優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镃MOS ADC具有很寬的IF帶寬，加上更少的IP和專利阻礙了市場(chǎng)準(zhǔn)入立即購(gòu)買PMCW。IEEE雷達(dá)會(huì)議論文（參考文獻(xiàn)4）得出的結(jié)論是，在針對(duì)79 GHz汽車?yán)走_(dá)的雙相PMCW和FMCW的比較中，PMCW在性能和實(shí)現(xiàn)上都更出色。

PMCW的一個(gè)方面是該體系結(jié)構(gòu)沒(méi)有范圍多普勒模糊性。PMCW雷達(dá)的射程響應(yīng)像圖釘一樣，這意味著可以實(shí)現(xiàn)高射程和多普勒分辨率。PMCW的波形生成非常簡(jiǎn)單：雙相調(diào)制實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單。

Uhnder的設(shè)計(jì)始于碼域中用于MIMO的無(wú)干擾碼，例如用于通信的碼分多址（CDMA）。這是一種魯棒的檢測(cè)方法，具有較高的角分辨率，可以對(duì)在一定距離處靠在一起的兩個(gè)物體進(jìn)行不同的識(shí)別。他們使用CDMA代碼在76 GHz至81 GHz之間調(diào)制載波。借助這種數(shù)字代碼調(diào)制（DCM）技術(shù)，它們比FMCW具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，對(duì)于芯片的模擬部分來(lái)說(shuō)，對(duì)于相同數(shù)量的通道，Uhnder的面積比大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手小了8到10倍。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于它們是一致的并且使用碼域分集，具有12個(gè)發(fā)送通道和16個(gè)接收通道，因此它們能夠獲得192個(gè)虛擬接收器（VRX），

他們的設(shè)計(jì)還可以檢測(cè)來(lái)自其他多個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的干擾。CDMA格式允許多個(gè)發(fā)送器/接收器互不干擾。這是特別需要的，因?yàn)檫M(jìn)入2022年到2024年的時(shí)間范圍內(nèi)，將會(huì)有很多帶有雷達(dá)的汽車。PMCW雷達(dá)的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它使用二進(jìn)制序列，該序列可通過(guò)代碼/波形設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)TX正交性。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在紙?jiān)趨⒖嘉墨I(xiàn)4與4×4 PMCW MIMO雷達(dá)，能夠檢測(cè)兩個(gè)靶，用5和20的雷達(dá)截面（RCS）dBsm為單位，以相同的距離（同一距離單元），但在具有高角度分辨率的不同角度。

最后，他們決定將完整的CMOS架構(gòu)與他們的IC一起使用。低功耗是CMOS的明顯優(yōu)勢(shì)。片上高速ADC非常復(fù)雜，因此CMOS是保持IC功耗低的最佳選擇。該體系結(jié)構(gòu)還使用多個(gè)發(fā)送器/接收器，這也受益于CMOS的使用。單個(gè)單片芯片上的高帶寬連接性使IC設(shè)計(jì)人員可以靈活地確定將放置存儲(chǔ)器的位置，由于高帶寬而需要多少存儲(chǔ)空間以及其他需求。

至于系統(tǒng)級(jí)別，這是市場(chǎng)上最高分辨率的雷達(dá)。這是真正的具有4維x，y，z（或極坐標(biāo)）加速度的4-D雷達(dá)系統(tǒng)。而且，由于采用了調(diào)制方式，它們可以分辨非常接近的小目標(biāo)中的大目標(biāo)。烏恩德（Uhnder）聲稱他們的角分辨率比任何其他人都要好。

兩種雷達(dá)模式

該雷達(dá)以兩種模式工作：MIMO模式，它們向所有發(fā)射機(jī)發(fā)送不同的代碼，并且可以在所有接收機(jī)中同時(shí)接收這些代碼。由于PMCW使用二進(jìn)制符號(hào)，因此MIMO雷達(dá)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，如果不同的TX天線同時(shí)發(fā)送信號(hào)，則它們需要在不同的TX天線上具有近乎完美的正交波形，這對(duì)于像駕駛場(chǎng)景中的物體那樣的快速照明是必需的。二進(jìn)制無(wú)干擾代碼使正交性成為可能4。他們還可以在相控陣模式下操作芯片，在該模式下，他們對(duì)發(fā)射器進(jìn)行數(shù)字化相位處理，以在發(fā)射器之間發(fā)送相同的代碼，以進(jìn)行相控陣和波束控制。

片上有很多可編程性，因?yàn)樗鼈冊(cè)谀M簡(jiǎn)單性上取舍了更大的處理能力，從而增加了靈活性。該公司聲稱這是第一臺(tái)軟件定義的雷達(dá)。客戶可以通過(guò)軟件配置許多功能，還可以通過(guò)一些非常強(qiáng)大的片上DSP進(jìn)行編程，客戶可以根據(jù)自己的喜好進(jìn)行編程，以使其產(chǎn)品與眾不同。這種靈活性從模擬開(kāi)始，一直到軟件。

我迫不及待地希望在不久的將來(lái)看到這種雷達(dá)在測(cè)試城市中發(fā)揮作用。這種架構(gòu)與V2X結(jié)合使用（請(qǐng)參閱下面的相關(guān)文章以了解更多信息），將使自動(dòng)駕駛更加安全可靠。

Steve Taranovich在電子行業(yè)擁有超過(guò)45年的經(jīng)驗(yàn)。

參考

• 192個(gè)虛擬接收器77 / 79GHz GMSK碼域MIMO雷達(dá)片上系統(tǒng)，Vito Giannini，Marius Goldenberg，Aria Eshraghi，James Maligeorgos，Lysander Lim，Ryan Lobo，Dave Welland，Chung-Kai Chow，Andrew Dornbusch， Tim Dupuis，Struan Vaz，F(xiàn)red Rush，Paul Bassett，Hong Kim，Monier Maher，Otto Schmid，Curtis Davis，Manju Hegde，ISSCC 2019 /第9節(jié)/雷達(dá)和通信高頻收發(fā)器/ 9.2
• PMCW-PMCW干擾緩解技術(shù)，美國(guó)專利號(hào)9,772，397 B1，Uhnder Inc，2017年9月26日
• 汽車聯(lián)合雷達(dá)通信系統(tǒng)的多載波相位調(diào)制連續(xù)波形，Sayed Hossein Dokhanchi，Mysore R Bhavani Shankar，Thomas Stifter和Bjorn Ottersten，2018年第19屆無(wú)線通信信號(hào)處理進(jìn)展國(guó)際研討會(huì)（SPAWC）
• 79 GHz CMOS汽車?yán)走_(dá)的PMCW波形和MIMO技術(shù)，A.Bourdoux，U.Ahmad，D.Guermandi，S.Brebels，A.Dewilde和W.Van Thillo，2016年IEEE雷達(dá)會(huì)議（RadarConf）
• 雷達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)，雷達(dá)教程

編輯：hfy