激光雷達(dá)價(jià)格昂貴，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)分辨率不足，由此，4D成像毫米波雷達(dá)被寄予了厚望，雖然目前可選芯片方案較少，但未來(lái)可期。

作者｜Andy    校對(duì)｜James 

毫米波雷達(dá)因其全天候工作的優(yōu)秀表現(xiàn)，已經(jīng)成為汽車輔助駕駛系統(tǒng)的核心傳感器之一，根據(jù)高工研究報(bào)告，預(yù)計(jì)前向毫米波雷達(dá)至2025年在L2級(jí)以上車輛的搭載率有望突破50%。

不過(guò)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的角分表率過(guò)低，對(duì)目標(biāo)檢測(cè)不靈敏的特性，讓其無(wú)法在L4級(jí)及以上的自動(dòng)駕駛中繼續(xù)擔(dān)當(dāng)主角。為解決技術(shù)瓶頸，4D成像毫米波雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生，其同時(shí)兼顧了傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)全天候工作和激光雷達(dá)精準(zhǔn)掃描的特性，獲得了包括大陸、博世、華為等一眾Tier 1的認(rèn)可并投入研發(fā)，4D成像毫米波雷達(dá)也借此東風(fēng)正式崛起，據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè)，至2023年，4D成像毫米波雷達(dá)的搭載量或突破100萬(wàn)顆。

針對(duì)目前自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)不同技術(shù)路線的現(xiàn)存優(yōu)缺點(diǎn)，4D成像毫米波雷達(dá)被寄予厚望。只是，在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，4D成像毫米波雷達(dá)還處于起步階段，目前只能替代低線束激光雷達(dá)，未來(lái)若要實(shí)現(xiàn)對(duì)分辨率更高的激光雷達(dá)的替代，解決自動(dòng)駕駛成本高、量產(chǎn)難的問(wèn)題，毫米波雷達(dá)仍需繼續(xù)突破技術(shù)瓶頸。

據(jù)了解，毫米波雷達(dá)的分辨率取決于天線數(shù)量、處理性能以及接收面積，因此，擁有一款合適的芯片方案成為了4D成像毫米波雷達(dá)發(fā)展的關(guān)鍵。今天，筆者就給大家介紹幾款適于開(kāi)發(fā)4D成像毫米波雷達(dá)的可選芯片方案。

1、恩智浦：S32R45/S32R294

2020年12月，恩智浦推出了一套完整的汽車傳感器芯片組解決方案，該方案包括新款恩智浦雷達(dá)處理器以及77GHz收發(fā)器，能滿足車輛角落雷達(dá)以及前置雷達(dá)的NCAP要求，首次為4D成像雷達(dá)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)提供了可行道路。

據(jù)了解，該套方案其實(shí)為兩種新型雷達(dá)解決方案。

一種是成像雷達(dá)解決方案，結(jié)合了新款專用S32R45雷達(dá)處理器和TEF82xx收發(fā)器，能夠提供優(yōu)良的角分辨率，具備所需的處理能力和探測(cè)范圍，不僅能夠區(qū)分近距離的小物體，還能夠在擁擠的環(huán)境中準(zhǔn)確地區(qū)分車輛以及騎行者或行人等弱勢(shì)道路使用者。

另一種是角雷達(dá)和前置雷達(dá)解決方案，基于恩智浦新款S32R294雷達(dá)處理器并結(jié)合了恩智浦TEF82xx收發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離前置雷達(dá)以及高端多模態(tài)用例，如同步盲點(diǎn)探測(cè)、變道輔助以及高程傳感等。其中，S32R294是一款雷達(dá)信號(hào)處理器，目前采用16nm制程工藝，未來(lái)將有可能采用臺(tái)積電的5nm工藝打造，可以處理4D點(diǎn)云雷達(dá)信號(hào)，將為主機(jī)廠提供擴(kuò)展性解決方案所需的效能。

基于S32R45、S32R294 兩款處理器，能夠滿足行業(yè)打造全新4D成像毫米波雷達(dá)的開(kāi)發(fā)需求。

2、德州儀器：AWR1642/AWR2243

德州儀器于2016年曾推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達(dá)傳感器AWR1642系列，欲打破恩智浦和英飛凌兩家企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片的壟斷格局，但事與愿違。

在洞悉到毫米波雷達(dá)要獲得更高角分辨率，就要增加天線數(shù)量這一需求后，德州儀器于2018年推出基于AWR2243 FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）單芯片收發(fā)器的4片級(jí)聯(lián)4D毫米波雷達(dá)全套設(shè)計(jì)方案。

公開(kāi)資料顯示，AWR2243采用45nm RFCMOS工藝，能夠在76至81 GHz頻段內(nèi)工作，該器件以極小的尺寸實(shí)現(xiàn)高度集成，并支持5G帶寬，提供有三個(gè)****通道和四個(gè)接收通道，TX功率和RX噪聲系數(shù)分別為13dB和12dB，采用了包括多普勒分割多址和波束控制等2000多種芯片調(diào)制功能，探測(cè)距離＞220米，可區(qū)分附近的大小目標(biāo)。

需要說(shuō)明的是，德州儀器針對(duì)AWR2243提供一站式解決方案，收發(fā)器平臺(tái)解決方案包，包括參考硬件設(shè)計(jì)、軟件驅(qū)動(dòng)程序、示例配置、API指南和用戶文檔，同時(shí)提供2芯片級(jí)聯(lián)和4芯片級(jí)聯(lián)方案，能大大降低開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)因打造了集成度更高的天線片上集成（AoP）芯片，極大降低了用戶的開(kāi)發(fā)成本；該芯片方案也已成為目前4D成像毫米波雷達(dá)的主流方案，根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)，華為、蘇州豪米波等國(guó)內(nèi)外多個(gè)毫米波雷達(dá)企業(yè)均基于該芯片開(kāi)發(fā)各自的4D成像毫米波雷達(dá)。

3、賽靈思：Zynq UltraScale+ RFSoC

德國(guó)大陸在2016年開(kāi)始研發(fā)4D成像毫米波雷達(dá)時(shí)，選用的芯片方案為恩智浦的S32R274，但該芯片無(wú)法讓雷達(dá)小型化，最后選用賽靈思的Zynq UltraScale+ RFSoC系列FPGA。

該芯片方案發(fā)布于2019年2月21日，專為射頻領(lǐng)域設(shè)計(jì)，第二、三代Zynq UltraScale+ RFSoC具有更高的射頻性能及更強(qiáng)的可擴(kuò)展能力，分別最高支持到5GHz和6GHz，從而滿足新—代5G部署的關(guān)鍵需求。同時(shí)，還可支持針對(duì)采樣率高達(dá)5GS/S的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和10GS/S的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進(jìn)行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達(dá)6GHz。

方案中，在SoC架構(gòu)中集成數(shù)千兆采樣RF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和軟判決前向糾錯(cuò)（SD-FEC）；配有ARM Cortex-A53處理子系統(tǒng)和UltraScale +可編程邏輯，是業(yè)界唯一單芯片自適應(yīng)射頻平臺(tái)；可為模擬、數(shù)字和嵌入式設(shè)計(jì)提供適當(dāng)?shù)钠脚_(tái)，從而可簡(jiǎn)化信號(hào)鏈上的校準(zhǔn)和同步。

作為面向可擴(kuò)展、多功能、相控陣?yán)走_(dá)的單芯片TRX解決方案，Zynq UltraScale+ RFSoC能夠在預(yù)警場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)低時(shí)延收發(fā)，獲得最佳響應(yīng)時(shí)間；可為部署5G無(wú)線通信系統(tǒng)、有線電視接入、高級(jí)相控陣?yán)走_(dá)、汽車?yán)走_(dá)以及包括測(cè)量測(cè)試和衛(wèi)星通信在內(nèi)的其它應(yīng)用提供所需的更廣泛的頻段覆蓋范圍。

4、Arbe：RFIC/Phoenix芯片組

Arbe成立于2015年，總部位于以色列特拉維夫，并在北京和硅谷設(shè)有辦事處，團(tuán)隊(duì)包括半導(dǎo)體工程師、汽車?yán)走_(dá)專家和數(shù)據(jù)科學(xué)家等。

成立之初，Arbe主要依賴采購(gòu)第三方芯片組來(lái)進(jìn)行4D成像雷達(dá)解決方案的研發(fā)；但因第三方芯片存在算力、軟件開(kāi)發(fā)匹配度等問(wèn)題，Arbe隨后開(kāi)始了自研芯片計(jì)劃。2020年5月，Arbe發(fā)布4D成像雷達(dá)處理芯片——RFIC，采用格羅方德半導(dǎo)體公司22nm射頻CMOS工藝，搭配了自研算法和原創(chuàng)天線設(shè)計(jì)，可提供比原來(lái)的圖像精細(xì)100倍的圖像精度，Arbe基于該芯片推出了車規(guī)級(jí)4D成像雷達(dá)芯片組解決方案——Phoenix。

該芯片組擁有2300個(gè)通道（48****×48接收），相較于傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的12個(gè)通道（3****4接收）大幅提升；支持提供1°方位角和2°仰角物理分辨率，能夠以每秒30幀的速度實(shí)時(shí)追蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；視野范圍達(dá)到100°方位角和30°仰角，探測(cè)距離達(dá)到300米可實(shí)現(xiàn)提供點(diǎn)云成像的功能；可以根據(jù)距離、方位角、仰角和速度追蹤并分離對(duì)象，適用于L3級(jí)及以上的高級(jí)自動(dòng)駕駛中應(yīng)用。

除了Phoenix芯片組，2020年10月29日，Arbe還推出了首個(gè)2K高分辨率成像雷達(dá)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，Tier 1和OEM廠商可以利用該平臺(tái)，進(jìn)行自動(dòng)駕駛感知能力軟件算法的迭代，可提供實(shí)時(shí)聚類、追蹤、自定位、過(guò)濾錯(cuò)誤警報(bào)、實(shí)時(shí)推斷車速和定位、追蹤/分類視野內(nèi)的物體并識(shí)別其速度、提供自由空間地圖等功能。

5、Vayyar：ROC

Vayyar也是來(lái)自以色列的一家傳感器企業(yè)，成立于2011年，致力于開(kāi)發(fā)低成本4D成像傳感器。

2020年12月，Vayyar推出了一款新型單芯片4D成像雷達(dá)SoC——ROC，在單顆芯片上集成了72個(gè)****和72個(gè)接收器，覆蓋了3 GHz~81 GHz雷達(dá)和成像頻段，集成有一個(gè)內(nèi)部數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和微控制器單元（MCU），可以進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理，只需一個(gè)射頻集成電路（RFIC）即可執(zhí)行感測(cè)、計(jì)算、處理、映射和成像目標(biāo)。

據(jù)Vayyar介紹，該單芯片解決方案能夠看穿物體，并能在所有天氣條件下有效運(yùn)行，可以替代其他傳感器，而無(wú)需昂貴的激光雷達(dá)和攝像頭。方案支持跨3-81GHz的超寬帶（UWB）和毫米波頻率；同時(shí)搭載內(nèi)部數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和實(shí)時(shí)信號(hào)處理微控制器單元（MCU）。RoC還可支持多種系統(tǒng)，包括入侵警報(bào)、兒童存在檢測(cè)、增強(qiáng)型安全帶提醒和eCall，在發(fā)生碰撞時(shí)向緊急服務(wù)部門報(bào)警。

Vayyar透露，RoC預(yù)計(jì)將于2023年集成到汽車中。不過(guò)，RoC并非應(yīng)用于自動(dòng)駕駛，而是一款應(yīng)用于駕駛艙監(jiān)控系統(tǒng)、兒童存在檢測(cè)、安全帶提醒、侵入者警報(bào)的輔助駕駛產(chǎn)品。

6、英飛凌：RXS816xPL/RXS8156PLA

行業(yè)龍頭英飛凌雖然坐擁全球2/3車用77GHz雷達(dá)芯片市場(chǎng)，但在4D成像毫米波雷達(dá)芯片方面進(jìn)展緩慢。2020年初，英飛凌宣布與美國(guó)傲酷合作，進(jìn)入車規(guī)級(jí)成像雷達(dá)市場(chǎng)；同年7月，在英飛凌汽車電子開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，英飛凌繼續(xù)表示，下一步會(huì)推出點(diǎn)云成像毫米波雷達(dá)芯片。

據(jù)分析，英飛凌推出的RXS816xPL系列芯片可滿足成像雷達(dá)需求，支持在單個(gè)設(shè)備中執(zhí)行雷達(dá)前端的所有功能，從FMCW信號(hào)調(diào)理到生成數(shù)字接收數(shù)據(jù)輸出；滿足了從AEB到自動(dòng)駕駛中的高分辨率雷達(dá)等關(guān)鍵型應(yīng)用的77-79 GHz雷達(dá)的需求；使用支持高達(dá)2GHz的高調(diào)制帶寬，以實(shí)現(xiàn)精確的距離測(cè)量和MIMO的同步****機(jī)操作，能夠探測(cè)和識(shí)別300米范圍內(nèi)的物體。

據(jù)了解，RXS816xPL支持3個(gè)****通道和4個(gè)接收通道；同時(shí)，英飛凌在77/79 GHz頻段內(nèi)，還提供有RXS8156PLA毫米波雷達(dá)芯片，該芯片支持2個(gè)****通道和4個(gè)接收通道。

小結(jié)

目前，成像雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方式主要有三種方案，分別是標(biāo)準(zhǔn)芯片+軟件算法、多收多發(fā)芯片組、超材料技術(shù)。而4D成像雷達(dá)尚處于起步階段，不僅市面上推出的產(chǎn)品有限，可選用的芯片方案也非常有限，從公開(kāi)信息看，目前可選芯片方案主要有TI、恩智浦、賽靈思、Arbe等少數(shù)幾家。

部分傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)芯片大廠仍在觀望中，意法半導(dǎo)體、ADI等均有布局77GHz車規(guī)級(jí)毫米波雷達(dá)芯片，但在4D成像毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域進(jìn)展緩慢。

其中，ADI擁有超過(guò)15年的雷達(dá)芯片開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，2018年3月收購(gòu)由西門子公司剝離出來(lái)的德國(guó)Symeo公司后，具備了4D毫米波雷達(dá)芯片的開(kāi)發(fā)實(shí)力。2019年，ADI系統(tǒng)解決方案事業(yè)部總經(jīng)理趙軼苗透露，正在積極研發(fā)77GHz、79GHz的高分辨率成像毫米波雷達(dá)的射頻芯片，計(jì)劃于2020年完成量產(chǎn)準(zhǔn)備，至今仍未有確切公開(kāi)信息。

實(shí)際應(yīng)用上，據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，目前除了德國(guó)大陸推出的全球首款4D成像毫米波雷達(dá)（ARS540）選用的是FPGA方案外，其余方案基本都是基于德州儀器的芯片方案所開(kāi)發(fā)。未來(lái)隨著4D成像毫米波雷達(dá)的應(yīng)用方向及技術(shù)方向愈發(fā)明確和清晰，主流芯片大廠將會(huì)擇機(jī)推出更多適用于4D成像毫米波雷達(dá)的芯片方案。

與此同時(shí)，以現(xiàn)有芯片方案推出的4D成像毫米波雷達(dá)，僅能實(shí)現(xiàn)最大等效于8線束及以下激光雷達(dá)的效果，未來(lái)若要在L3級(jí)及以上更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛中應(yīng)用，4D成像毫米波雷達(dá)芯片仍需尋求提高分辨率等核心技術(shù)突破。

為此，國(guó)際上已經(jīng)涌現(xiàn)出一批專注于4D成像毫米波雷達(dá)方案的創(chuàng)新公司，除了本文提到的Arbe、Vayyar，還有Unhder、MetaWave、EchoDyne、Ainstein等一批企業(yè)，已經(jīng)形成了較強(qiáng)的技術(shù)積累。同時(shí)，一批新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司也不斷基于現(xiàn)有方案進(jìn)行創(chuàng)新，如美國(guó)傲酷推出的Eagle就采用了軟件算法加載的方式，實(shí)現(xiàn)更高的分辨率；國(guó)內(nèi)華為推出的4D成像毫米波雷達(dá)也是基于現(xiàn)有方案獲得更高的分辨率。

而博世、日本電裝、采埃孚、日本電產(chǎn)艾萊希斯、Smartmicro等老牌雷達(dá)企業(yè)也在加緊對(duì)4D成像毫米波雷達(dá)的推進(jìn)進(jìn)度。

另外需要說(shuō)明的是，截至目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍需高度依賴國(guó)際芯片公司，隨著森思泰克、加特蘭、岸達(dá)科技、清能華波、微度芯創(chuàng)、矽杰微電子、晟德微集成電路等本土企業(yè)的成長(zhǎng)，未來(lái)或有“芯”突破。