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汽車FPC之自動駕駛的高分辨率感測雷達是游戲的一部分

文章來源：電子發燒友網作者：悄悄查看手機網址

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人氣：3710發布日期：2020-04-07 09:40【大中小】

作為安全激勵政策的第一個答案，OEM已經承諾在他們的汽車上啟用自動緊急制動(AEB)功能。汽車FPC小編了解到，事實上，在美國每行駛10億英里，就有12.5人死亡，自動駕駛作為汽車行業的終極解決方案，將使這一數字在世界范圍內盡可能的低。零死亡是相關產業追求的目標，同時，先進的輔助駕駛已成為改善道路安全的一種手段。

即使是L0級SAE，一個AEB系統現在也被要求能達到NCAP和NHTSA（美國高速公路安全管理局）最好的評分。AEB測試場景隨著時間的推移變得越來越復雜，從低速的AEB，到現在包括道路交叉口的情況，甚至在夜間和晦暗的照明條件的情況，這需要更多的傳感器，更好的分辨率，當然也包括多傳感器融合技術。

許多人把AEB作為每輛車的標準設備。一個例子是，日產在2018年推出了7款配備了美國市場標準AEB功能的車型，總計100萬輛汽車，占日產汽車銷量的68%。其他功能，如盲點檢‘’、測(BSD)、后交叉交通警報(RCTA)、自適應巡航控制(ACC)、交通擁堵輔助(TJA)、公路駕駛員(HP)、車道保持輔助(LKA)和司機監控(DM)等，都是對ADAS包的補充。

在自動駕駛方面，現在的2+/3級汽車可以使用特斯拉3型或奧迪A8作為兩個最著名的例子。這兩款車在概念上有很大的不同，很大程度上依賴于雷達傳感技術。通過攝像頭，超聲波傳感器以及激光雷達，奧迪A8可以處理公路駕駛員和交通擁堵輔助，而不需要司機相當長的處理時間。不過，司機需要能夠迅速收回對汽車的控制，并且仍需一個司機監控系統——很有可能是一個攝像頭。到第4級及以后，主要的嵌入式傳感器反饋和決策都更快，雷達技術發展也很快，因為它可以有效地感知所有的環境條件。

雷達是一種多距傳感器，從一開始，絕大多數的短程和一些中程雷達是使用24MHz所謂的ISM(工業、科學和醫療)頻段。軟板廠了解到，這些系統是圍繞分離組件建立的，如ZF/TRW的AC 1000或大陸的SRR-2，這些分離組件和集成電路占系統成本約50%，是成本細分的最大部分。

圖：自動駕駛安全等級和傳感技術

77 GHz頻段主要用于遠距離和中程雷達傳感，使ACC和AEB成為可能，因為在這一頻段上，全世界都批準了55 dBm的高等效各向同性輻射功率(EIRP)。事實上，高功率和線性是OEM給出的主要規格。此外，2 GHz的可用帶寬提供了比ISM頻段所允許的250 MHz更好的距離和角度分辨率。該技術的主要優點是由于采用了SiGe單片集成電路(MMIC)技術而不是GaAs技術，從而部分解決了成本問題。

主要由NXP和Infineon提供的SiGe MMIC現在被市場領先的Tier 1大規模采用，如大陸公司、博世公司、電裝公司或安波福公司(前德爾福公司)。SiGe主要是一種8英寸的芯片技術，模具封裝需要特殊的調整。這兩家公司已經建立了這些MMIC的扇形封裝技術，提供了高的散熱和高射頻性能。扇形技術，如Nepes的再分配芯片封裝(RCP)或Infineon的嵌入式晶圓級球柵陣列(eWLB)，允許球陣列在模具周圍展開，在模具下面留下一個氣隙，從而減少PCB基板的寄生效應。

圖：自動駕駛相關雷達主要供應商和產品

這是ADAS市場的第一個變化，但隨著自動駕駛級別向2+和更高的方向演進，集成更多的數字功能到RFIC將是趨勢。RF CMOS已經開始滿足這些要求。數字集成確實是CMOS技術的主要優勢，而12英寸晶圓廠能夠提供中等到先進技術節點的產品。挑戰在于射頻設計，而射頻設計已經開始被業界所解決。RF CMOS的性能在發射功率上非常接近SiGe，剩下的挑戰是在全頻率和溫度范圍內保持恒定的發射功率。TI、ADI和NXP等幾家主要公司已經宣布，將為雷達傳感器市場帶來真正的變化。

TI的R FCMOS芯片將發射機、接收機、VCO、ADC、DSP和MCU集成在一個采用低成本倒裝芯片球柵陣列(FC-BGA)技術的單收發信機中，有較高的分辨率。從系統的角度來看，這是降低雷達成本的一大步。NXP的RF CMOS芯片目前包括接收機、發射機和VCO特性。海拉將從2021年開始引進這一新技術。與此同時，SiGe技術仍在發展，并以更完整的設計為市場服務。例如，Infineon公司的RXS8160PL芯片或ST的SERDA 770芯片包括接收機、發射機、VCO和同一芯片上的模擬數字轉換器。

圖：雷達模組集成降低了BOM成本

除了雷達MMIC的演進，天線集成是另一個挑戰。例如，安波福通過使用帶有H-POL散熱器的腔波導進行了區分，從而獲得了更好的形狀因子。我們可以期待未來的新型天線集成。

雷達是遠程測速的最佳選擇，也是ACC或TJA的首選傳感器。然而，當涉及到附近的物體時，它仍然缺乏鑒別和消除證偽的決斷。因此，在所有范圍內都需要高分辨率雷達。一種與當前硬件相結合的典型方法是利用寬帶天線來提高近場分辨率，同時將MIMO技術與其他天線用于遠程。它可以在博世的雷達傳感器中找到。是遠距離和低分辨率還是短程和良好的分辨率？這是一個權衡。除非在不犧牲距離的情況下實施其他技術來提高雷達分辨率。

這種技術包括通過放大雷達的發射和接收通道來大幅度增加天線孔徑。大陸利用這種方法建造了ARS-4。ARS-4能夠在同一板上提供高功率的遠距離和短程的高分辨率。該裝置圍繞6個收發器，多個接收機和發射機同時工作在同一個時鐘電源上，由一個VCO連接到兩種不同類型的貼片天線上，一個用于短天線，一個用于遠程檢測。大陸公司的這一設計非常成功，進一步提高了域界，雷達可以達到1°以下的角度分辨率，從而接近激光雷達的性能，它還可以增加仰角能力，這是自動駕駛系統3級及以上必須具備的。這可能是遠距離雷達分辨率急劇提高的解決方案。

提高短程和中程雷達分辨率的另一種方法是增加啁啾信號的掃頻。在歐洲和日本，使用79 GHz頻段上可用的4 GHz帶寬已經有相當長的時間了。由于美國的監管問題，到目前為止，它還沒有在商業上推出。但隨著FCC自2017年年底以來在這方面取得的進展，它現在已接近成為現實。為通用汽車供貨的日本阿爾卑斯電子公司(Alps Electrics)最近獲得了FCC批準在美國進行79 GHz雷達試驗，這為打開美國超寬帶79 GHz雷達市場開辟了一條道路。

其他制造商，如Ainstein，IntiBeam或WHST也生產這類79 GHz微型高分辨率雷達。這不僅有助于實現雷達的停車輔助功能，而且還可用于同步定位和映射(SLAM)，為被檢測對象實時提供準確的距離信息。這將有助于補充地理定位技術的自動駕駛，特別是在城市峽谷條件下，全球衛星導航系統技術會出現一定的準確性問題。79 GHz雷達的另一個優點是，當街道上嵌入雷達時，干擾問題會得到緩解。然而，要充分利用79 GHz頻段，還需要解決一些技術挑戰，例如寬帶天線的設計。

除了傳感市場，傳感器融合市場也受到了影響。在當前的一級ADAS中，攝像機和雷達數據在微控制器、FPGA或視覺處理器的邊緣進行計算。對象類別、位置和速度是從不同傳感器分別發送到汽車電子控制單元的輸出信息。隨著傳感器在汽車周圍擴散，這種解決方案在不久的將來將不再是可行的選擇。安波福是第一個通過在同一設備上耦合高分辨率的相機和雷達傳感器來呈現接近傳感器融合功能的設備的玩家。

另一件事是傳感器采樣不一定是同步的。傳感器融合預計將取代第2級的相機融合，首先在Mobileye視覺處理器或Xilinx FPGA。從第4級開始，傳感器融合可以包括相機、雷達和激光雷達數據等融合平臺，如NVIDIA提出的融合平臺。這種解決方案已經用于高端機器人汽車，在靠近數據中心的地方嵌入超級計算器。這種額外的計算負載可以由汽車的電池支持，在有高壓電池的電動汽車中也是如此。然而，柔性電路板廠發現，每一個瓦特數和這個解決方案是有代價的。高速連接在汽車上也有待開發。因此，在邊緣仍然有傳感器計算的空間，而不是集中計算接收完整的傳感器原始數據。