德仪RF CMOS雷达技术驱动ADAS发展

汽车雷达已成为先进驾驶辅助系统（ADAS）的主流传感器。对于提供最佳的传感器性能、成本和尺寸权衡，所牵涉的技术竞争非常严峻。 Yole Développement在其最新报告”2018年汽车雷达技术Radar Technologies forAutomotive 2018”中深入刻画了支持服务这个市场的多样化半导体技术。有传统的砷化镓GaAs、主流的硅锗双截子互补金氧SiGe BiCMOS和新的射频金氧RF CMOS半导体技术。

射频金氧半场效晶体管RFCMOS不是一项新技术 - 它是信号处理的首选技术 - 但要使其能够有效地在毫米波（mmWave）雷达等高频应用中运作，需要强大的设计技能和专业知识。这正是德州仪器（TI）等大公司可以增加价值的地方。我们相信RFCMOS技术将从2020年开始增长，并吸引对SiGeBi-CMOS技术的关注。



Yole的射频专家Claire Troadec和Cedric Malaquin就此采访了德州仪器汽车业务部经理Sneha Narnakaje。有关他们针对毫米波汽车雷达的RF CMOS技术状态的讨论，请继续阅读下文。

Claire Troadec（CT）：您能否介绍德州仪器针对汽车先进驾驶辅助系统（ADAS）所推出的雷达、成像和超声波产品？
Sneha Narnakaje（SN）：德州仪器使汽车研发人员能够更快、更轻松地设计ADAS，从而实现更智能、更安全的驾驶体验。德仪在模拟模拟和嵌入式处理领域的专业知识与汽车系统知识相结合，使开发人员能够利用其强大且优化的ADAS解决方案，包括ADAS系统单芯片（SoC）处理器、毫米波雷达、摄像头camera和超声波Ultrasonic等，这些都加速了ADAS系统设计。除个别半导体组件外，德仪还提供创新参考设计，帮助开发人员创建可跨越多个车辆平台并满足各种系统需求的ADAS解决方案。 TI的ADAS解决方案涵盖了各种性能级别，可实现精确的超声波驻车辅助等简单系统，以及传感器融合和自动驾驶等复杂功能。30多年以来，TI长期支持功能安全开发人员，透过提供产品、解决方案和文件支持等方式，帮助汽车设计者能更轻松地满足法规和功能安全要求。作为汽车市场的先驱，TI是被动安全应用防死锁制动ABS和安全气囊IC的先驱领导者。现在的SafeTI™组件帮助客户更快地实现汽车安全认证。 TI基于系统的解决方案和可扩展的应用处理器可帮助开发人员克服ADAS板级和系统级的设计挑战，并提供更快速设计周期的高效解决方案。



CédricMalaquin（CM）：德州仪器雷达产品的发展现况如何？
SN：我们于2017年5月发表了我们的mmWave毫米波传感技术产品组合，并从那时起开始生产样品。

CT：德州仪器对ADAS雷达普及渗透率的看法是什么？
SN：汽车雷达传感器的当前运用部署解决了基本的ADAS功能。然而，雷达正迅速成为主流，因为它是实现五星级欧洲新车评估计划（NCAP）评级所需的重要传感技术之一。此外，由于制造商正在为3级（需要驾驶员，但可以将一些安全关键功能转移到自动化系统）以及超越自动驾驶以后的发展做好布局准备，每辆汽车的雷达传感器数量将有可能会增加到8-10支。

YD：您是否看到雷达的其他市场机会？
SN：ADAS市场中雷达传感器的使用情境案例已经广为人知。如盲点检测和自适应巡航控制等ADAS的基本功能，已通过24 GHz角雷达和77 GHz前置雷达传感器解决，虽然现有解决方案上缺乏缺乏集成所能带来的小尺寸和低成本等优势，因而影响它们扩展到这些应用之外的发展。但是，除了ADAS之外，我们在车身和底盘以及车内空间应用中看到了很多潜力。雷达传感器可用于汽车的周围、下方和内部，用于门和行李箱的障碍物回避、乘客检测和驾驶生命体征监测等应用。 NCAP 2025年的技术路线图中包含了上述的后两项，因此我们预计这两个项目将成为主流车辆的一部分。这意味着使用毫米波雷达不仅可以检测车内是否有留下的孩子和宠物，还可以警告驾驶员或发出紧急呼叫。在驾驶员生命体征监测的情况下，车内的雷达传感器可以与车外的人员一起工作，以监测驾驶员的当前状态 - 既可以检测简单的睡意，也可以检测危险的健康状况，如心脏病发作或中风等，在驾驶员无法充分控制车辆的情况下将车辆导离道路。



除了汽车之外，我们还看到很多其他应用，从智能交通系统和动态检测到人员计数和工业车辆。想象一下，能够根据有多少辆汽车在等待，动态控制交通信号灯的可能性。通过使用毫米波雷达，我们无需进行昂贵的道路修缮工程，以替换失效的感应环路，同时也消除了天气带来的光学问题 - 如雨，雪，雾和其他视力受损情况 - 以及光线变换的情况。利用雷达的人员计数和动态检测系统可以提供与LIDAR相同的安全性，但却能免去因为光学解决方案的侵犯隐私的潜在可能性。例如，在关闭建筑物之前，卫生间的雷达可以检测到是否有人隐藏在那里却没有隐私问题。它也可以安装在办公室内，根据有多少人在室内进行准确照明和暖房/冷房–您将不需要再在加班时，朝移动探测器丢掷铅笔以启动照明。
与所有技术革命一样，一个关键因素是成本。毫米波雷达传感器技术使得在其他解决方案不切实际的情境下，安装雷达解决方案变得简单且符合经济效益。

CM：您能否解释为什么德州仪器很早就在其毫米波产品路线图中选定了RF CMOS技术？SN：TI拥有CMOS技术的悠久历史。凭借RF CMOS中的毫米波技术，TI进行了大量创新，以高质量和可靠性的高标准提供独特的技术和产品组合。借助混合信号技术，在我们走向准备生产的器件的过程中，获得射频性能、功耗、尺寸、封装、可靠性和成本的正确组合，并选择经过验证的射频CMOS技术有助于加速此过程。

CT：与竞争对手相比，贵公司的RF CMOS解决方案有哪些技术优势？有什么挑战吗？
SN：我们目前提供帮助客户在传感器级别减小系统尺寸和系统功耗的解决方案。 CMOS技术在某些方面具有优势。首先，它是所需的功耗低，这对于汽车应用非常重要。其次，它可同时将仿真模拟和数字功能集成到同一芯片上，这有助于减少整体解决方案的尺寸。同时反过来又更增加了传感器可安装位置的灵活性。

CM：从系统角度转换到RF CMOS技术的影响是什么？
SN：当我们考虑车辆架构时，客户正在谈论智能传感器，这是需要进入边缘传感器的处理智能。由于我们的CMOS器件集成了射频、仿真和数字信号处理功能，客户可以构建并提供成本优化的系统架构。



CT：您能否描述77和79 GHz频段的产品性能？
SN：77 GHz用于中长距离应用，79 GHz用于超短距至短距离应用。 77 GHz产品将使客户能够达到长达250米甚至更远的距离。 79 GHz解决方案具有非常高的距离分辨率，最低可至5厘米。在超短距离应用中，这有助于独立识别紧密放置的物体，如彼此非常靠近的行人和汽车或卡车前方的汽车，以清楚地看到并区别这两个物体。

CM：是否有可能将这项技术用于SAE 4级和5级完全自动驾驶的汽车？这种解决方案是否也适用于机器人汽车？
SN：在部件级别，我们认为雷达感测是满足自动驾驶等级3以上需求的基本条件，何者需要更长的距离、更高的准确度和更高的分辨率。我们的产品组合从高性能前端设备扩展到真正的单芯片雷达传感器。该产品组合可提供跨越范围、准确度和分辨率的可扩展性能，可满足自动驾驶的3级及以上要求。

CT：关于这项技术，Tier 1一级制造商和其所供货的代工制造商（OEM）有什么反馈意见？
SN：虽然我们无法分享客户的具体细节，但我们可以分享这项技术赢得了多项行业奖项，其中包括EE Times ACE奖，三项消费电子展（CES）创新荣誉奖，Design News GoldenMousetrap奖以及Electronic年度产品奖。

CM：高分辨率成像雷达的下一步发展步骤是什么？
SN：我们产品组合中的一款器件AWR1243高性能前端具有内置电路和可以级联多个器件的能力，得以提供高分辨率成像雷达所需的方位和垂直方向的更高分辨率。我们在CES展示了这个概念。

CT：你认为高分辨率雷达将来有机会可以达到LIDAR的性能吗？什么时候可以实现？
SN：我们在CES展示的概念商品运用四个AWR1243雷达前端设备级联使角度分辨率小于1度，这是类似激光雷达的性能，且价格成本合适。

CM：我们知道TI拥有基于摄相机技术的视觉处理器解决方案。您如何设想将雷达整合到该解决方案中？它会利用融合处理吗？您会与其他公司合作吗？
SN：自动驾驶的第3级及以上将需要传感器融合以及雷达数据与视觉数据的融合。我们正在与第三方ecosystem生态系统合作，使我们的客户能够快速开始使用此类解决方案。

CT：最终解决方案的目标价格是多少？
SN：1000单位定价范围从19.99美元到98.6美元不等，具体取决于订购mmWave系列中的哪款设备。

受访者



Sneha Narnakaje是德州仪器雷达和分析处理器部门的汽车雷达业务经理。她负责汽车雷达业务，推动汽车市场中毫米波传感器产品的营销策略和产品管理。 Sneha于2004年加入TI，担任多种职位，包括通信基础设施、无线基础设施、数字用户回路DSL /有线、多媒体和无线技术领域的产品管理、市场营销和业务开发以及软件开发。她在汽车、电信和工业等重要市场领域拥有超过18年的嵌入式处理经验。 Sneha毕业于马里兰大学史密斯商学院，拥有工商管理硕士学位，并拥有印度芒格洛尔大学计算器工程学士学位。

访问者



作为Yole Développement（Yole）的射频设备和技术专业技术和市场分析师，CédricMalaquin参与技术和市场报告的开发以及定制咨询项目的制作。在加入Yole之前，Cédric先后在Soitec担任过程整合工程师长达9年，之后6年则是担任电气特性鉴定工程师。他对FDSOI和RFSOI产品特性分类做出了深刻的贡献。他还在半导体领域撰写或共同撰写了三项专利和五项国际期刊发表。 Cédric毕业于法国Polytech Lille，获得微电子和材料科学工程学位。



Claire Troadec领导Yole Développement的射频研究活动。她从2013年起一直是MEMS制造团队的成员。她毕业于法国INSA Rennes，拥有微电子和材料科学工程学位。之后，她加入恩智浦半导体，并在IMEC研发中心担任了7年的CMOS制程集合工程师。在此期间，她监督了CMOS技术节点器件从90 nm降至45 nm的隔离和性能提升。她在半导体领域撰写或共同撰写了七项美国专利和九篇国际刊物，在加入Yole Développement之前也曾管理她自己的分销公司。