德州儀器CMOS毫米波雷達率先規(guī)模量產(chǎn) 集成DSP助力更智能世界

　　傳統(tǒng)汽車雷達系統(tǒng)的局限性已經(jīng)眾所周知。傳統(tǒng)雷達缺乏分辨率，無法分辨附近的物體。此外，雷達系統(tǒng)還常常發(fā)出虛假警報，并且它們始終無法足夠快地處理信息，以滿足高速應用。

　　不過，汽車專家也認識到雷達技術的優(yōu)點，尤其是它們能夠在各種天氣條件下工作的優(yōu)勢。他們認為雷達可以和視覺傳感器一起協(xié)作，作為高度自動化車輛中的關鍵傳感技術。

　　人們已經(jīng)充分了解了雷達系統(tǒng)的優(yōu)勢和劣勢，那么問題來了，雷達技術該往什么方向發(fā)展呢?

　　Texas Instruments(TI，德州儀器)希望用基于其標準RF CMOS技術的毫米波雷達芯片來回答這個問題。據(jù)麥姆斯咨詢此前報道，TI大約在一年前發(fā)布了其雷達芯片，據(jù)稱能夠提供“小于5 cm的分辨率，探測范圍達數(shù)百米，速度最高可達300 km/h”。

　　TI雷達和分析處理器部門總經(jīng)理Sameer Wasson表示，在公司的雷達芯片推出一年后，其團隊在汽車和工業(yè)應用領域都看到了巨大的應用前景。

　　TI為汽車市場應用推出的AWR1642毫米波傳感器已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)，Wasson稱預計在今年末到2019年中期，將在OEM廠商的車輛中看到他們的雷達芯片。更讓Wasson興奮的是，他們的雷達芯片在工業(yè)應用領域的表現(xiàn)。TI為工業(yè)應用設計的毫米波傳感器IWR1642，正在尋求各種應用，使它們能夠進入從智能建筑到工廠樓層和運輸系統(tǒng)的所有領域。

　　集成數(shù)字信號處理器(DSP)扮演重要角色

　　Yole分析師預言，TI將迅速改變雷達技術領域的競爭現(xiàn)狀。

　　Yole射頻器件和技術部門技術和市場分析師Cédric Malaquin表示，其核心在于TI雷達解決方案的集成架構。TI的毫米波傳感器件在一顆單芯片上集成了76~81 GHz毫米波雷達、MCU(微控制器)以及數(shù)字信號處理器(DSP)。

　　顯然，更高的集成度在不影響性能的同時，可以降低器件尺寸、功耗以及雷達芯片的成本。例如，NXP(恩智浦)便率先將MCU集成進入了其RF CMOS收發(fā)器中。但是，TI更進了一步，將DSP也集成到了同一顆芯片中。

　　Malquin表示，DSP的集成非常關鍵，它通過改善功耗使器件尺寸降低了近60%。此外，DSP是目標探測和分類信號處理鏈的核心。

　　確實，Wasson舉例稱TI毫米波傳感器通過內(nèi)置的DSP，實現(xiàn)了物體跟蹤和分類，以及人數(shù)統(tǒng)計。內(nèi)置DSP使用戶能夠?qū)C器學習推向應用的最前沿。

　　Yole的Malquin補充表示，在一個組件中集成DSP、MCU和收發(fā)器，帶來了更低的互連損耗，以及更快的處理速度。

　　TI毫米波雷達中使用的DSP是一款600 MHz用戶可編程的C674x DSP，以及一顆200 MHz用戶可編程的ARM Cortex-R4F處理器。

　　AWR1642毫米波雷達芯片的高級架構框圖

　　毫米波雷達探尋更廣泛的汽車應用

　　盲點監(jiān)測和自適應巡航等基礎ADAS(先進駕駛輔助系統(tǒng))功能已經(jīng)很常見了，利用24 GHz側方雷達和77 GHz前方雷達就可以輕松實現(xiàn)。Wasson表示對于TI毫米波雷達來說更有意義的是，其應用的快速擴展已經(jīng)遠遠超越了常規(guī)的ADAS功能。

　　例如，其毫米波傳感器內(nèi)置的數(shù)字處理功能可以過濾噪音，使TI的雷達芯片可以探測非常微小的運動，甚至是人或動物的呼吸，以判斷車內(nèi)是否有人或動物的存在。

　　Wasson提到“兒童乘坐探測”，很可能將進入歐洲NCAP(新車評價規(guī)程)發(fā)展規(guī)劃。他相信這將為TI雷達傳感器在車身、傳動和車廂內(nèi)的應用打開大門。Tier 1和OEM制造商正在尋求合適的傳感技術來實現(xiàn)這類探測，而雷達傳感器在這方面優(yōu)勢更明顯。

　　例如，雷達可以“透視”毯子，確定毯子下面是否蓋有兒童。Wasson 解釋稱，由于其片上數(shù)字信號處理器可以探測心跳，TI的雷達芯片甚至可以分辨人和靜態(tài)的物體(例如行李袋)。

　　顯然，視覺攝像頭無法做到這一切。

　　據(jù)TI稱，除了探測汽車內(nèi)部的生命體外，將MCU和DSP納入雷達前端芯片還有助于“檢測車門和后備箱附近的障礙物和可開啟空間，以及入侵者警報和更智能的自動泊車”。

　　Wasson強調(diào)，TI是唯一提供在一顆單芯片上集成前端、DSP和MCU的雷達解決方案的公司，也是唯一一家大規(guī)模量產(chǎn)毫米波雷達芯片的公司。Wasson說：“我們的競爭對手，其它硅器件供應商在宣傳CMOS毫米波雷達芯片，但是我們還沒有在市場上看到它們的產(chǎn)品。如果要在2020年的車輛中看到這些產(chǎn)品，那現(xiàn)在就需要先實現(xiàn)雷達芯片的大規(guī)模量產(chǎn)?！?/p>

　　成像雷達

　　值得注意的是，TI正在將其雷達芯片擴展到成像應用。在傳統(tǒng)的雷達應用中，雷達發(fā)射無線電波，接受反射波，然后利用這些信息來創(chuàng)建物體位置和運動的數(shù)據(jù)。

　　而成像雷達則利用這些反射波來創(chuàng)建一幅圖像。當無線電波從物體反射回來時，反射波會根據(jù)物體的狀態(tài)而改變，包括無線電波傳輸?shù)木嚯x，末端物體的種類等。利用這些捕獲的數(shù)據(jù)，計算機便能創(chuàng)建目標物體的3D或2D圖像。

　　TI在今年的CES消費電子展上展示過一款這類成像雷達。通過級聯(lián)4個單芯片AWR1243雷達前端器件，能夠提供高達1.6°的角度分辨率，并能探測250 m以外的車輛。

　　Wasson 稱，AWR1243中集成的DSP能夠?qū)o線電波捕獲的數(shù)據(jù)轉譯為點云圖。

　　TI級聯(lián)雷達傳感器創(chuàng)建的圖像

　　System Plus Consulting(Yole旗下子公司)RF和先進封裝部門項目經(jīng)理Stéphane Elisabeth表示，TI的產(chǎn)品組合中也包括沒有MCU和DSP的簡款雷達芯片。他說：“相比其競爭對手的產(chǎn)品，其中一個優(yōu)勢是簡化的芯片堆棧。事實上，根據(jù)應用(成像、中距離雷達或遠距離雷達)，收發(fā)器可以通過瀑布效應堆疊(一種級聯(lián)方式)，提供更大更強的傳感性能?！?/p>

　　Elisabeth 補充說，TI的雷達芯片采用了標準的FCBGA(倒裝芯片球柵陣列)封裝，帶來了輸出功率更高的低成本傳感器解決方案。而其競爭對手，則采用了先進的封裝技術，例如eWLB(嵌入式晶圓級球柵陣列)封裝。

　　成像雷達已經(jīng)逐漸成為一項熱門技術。其優(yōu)勢包括能夠在目標被障礙物遮擋的情況下運行，能夠穿透地面(沙子)、水或墻壁。

　　Wasson稱，一大波創(chuàng)業(yè)公司正積極響應Tier 1和OEM廠商發(fā)出的RFQ(采購報價請求)，積極投身成像雷達的開發(fā)。這些創(chuàng)業(yè)公司中包括兩家均來自以色列的Vayyar Imaging和Arbe Robotics。

　　據(jù)麥姆斯咨詢此前報道，Vayyar Imaging宣布開發(fā)出了一款雷達系統(tǒng)，能夠透視墻壁，繪制從單個物體到整個工廠樓層的所有圖像。Arbe Robotics則據(jù)稱在其雷達系統(tǒng)中改進了即時定位和地圖構建(SLAM)算法。其嵌入式處理器中運行的軟件，能夠每秒創(chuàng)建50次點云圖，定位車輛25次，同時物體間具有一定的分辨率。

　　但Wasson指出，這兩家創(chuàng)業(yè)公司提供的成像雷達解決方案都在一個黑匣子中，跟Intel/Mobileye提供給客戶的視覺處理解決方案很像。而TI則能根據(jù)客戶需求，提供更加靈活的成像雷達產(chǎn)品解決方案。

　　雷達拓展工業(yè)應用

　　TI很有信心，其毫米波傳感器將改變雷達傳感器的工業(yè)應用。

　　TI稱，對于建筑自動化，開發(fā)商可以通過使用一款毫米波雷達傳感器，應用“人數(shù)統(tǒng)計和跟蹤”參考設計。Wasson表示，“通過監(jiān)測采集范圍內(nèi)人員的大幅和小幅運動、速度和角度數(shù)據(jù)，開發(fā)商可以實現(xiàn)更智能的建筑系統(tǒng)，包括制熱、通風和空調(diào)(HVAC)、照明、電梯等?！?/p>

　　Wasson還提到了他近期與英國一支研究路口交通監(jiān)控系統(tǒng)的工程團隊的會面?！拔覀兊睦走_從包裝盒中拿出來就可以用，那支研究團隊利用我們的雷達迅速地搭建了一套交通監(jiān)控系統(tǒng)，效果大大超出了他們的預期?！彼f。

　　TI的交通監(jiān)控、物體探測和跟蹤參考設計，利用搭載毫米波雷達傳感器的智能運輸系統(tǒng)來跟蹤車輛和機械運動。同樣，雷達還可以用于工廠或農(nóng)場，簡化各種不同的工藝或流程。

　　Wasson相信雷達的潛在應用還有很多。TI希望能夠確保其用戶的體驗(包括那些曾被認為的利基應用)逐漸成為毫米波雷達的主流用戶案例。

　　供貨與售價

　　以下兩款毫米波雷達傳感器已經(jīng)規(guī)模量產(chǎn)，可通過TI商店和授權分銷商采購。

　　AWR1642，訂貨量1000顆的售價為45美元/顆;

　　IWR1642，訂貨量1000顆的售價為19.99美元/顆。