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

　　傳統(tǒng)汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的局限性已經(jīng)眾所周知。傳統(tǒng)雷達(dá)缺乏分辨率，無(wú)法分辨附近的物體。此外，雷達(dá)系統(tǒng)還常常發(fā)出虛假警報(bào)，并且它們始終無(wú)法足夠快地處理信息，以滿足高速應(yīng)用。

　　不過(guò)，汽車專家也認(rèn)識(shí)到雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是它們能夠在各種天氣條件下工作的優(yōu)勢(shì)。他們認(rèn)為雷達(dá)可以和視覺傳感器一起協(xié)作，作為高度自動(dòng)化車輛中的關(guān)鍵傳感技術(shù)。

　　人們已經(jīng)充分了解了雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，那么問題來(lái)了，雷達(dá)技術(shù)該往什么方向發(fā)展呢?

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

　　TI雷達(dá)和分析處理器部門總經(jīng)理Sameer Wasson表示，在公司的雷達(dá)芯片推出一年后，其團(tuán)隊(duì)在汽車和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都看到了巨大的應(yīng)用前景。

　　TI為汽車市場(chǎng)應(yīng)用推出的AWR1642毫米波傳感器已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)，Wasson稱預(yù)計(jì)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(dá)芯片。更讓W(xué)asson興奮的是，他們的雷達(dá)芯片在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的表現(xiàn)。TI為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的毫米波傳感器IWR1642，正在尋求各種應(yīng)用，使它們能夠進(jìn)入從智能建筑到工廠樓層和運(yùn)輸系統(tǒng)的所有領(lǐng)域。

　　集成數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)扮演重要角色

　　Yole分析師預(yù)言，TI將迅速改變雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀。

　　Yole射頻器件和技術(shù)部門技術(shù)和市場(chǎng)分析師Cédric Malaquin表示，其核心在于TI雷達(dá)解決方案的集成架構(gòu)。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(dá)、MCU(微控制器)以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。

　　顯然，更高的集成度在不影響性能的同時(shí)，可以降低器件尺寸、功耗以及雷達(dá)芯片的成本。例如，NXP(恩智浦)便率先將MCU集成進(jìn)入了其RF CMOS收發(fā)器中。但是，TI更進(jìn)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(guān)鍵，它通過(guò)改善功耗使器件尺寸降低了近60%。此外，DSP是目標(biāo)探測(cè)和分類信號(hào)處理鏈的核心。

　　確實(shí)，Wasson舉例稱TI毫米波傳感器通過(guò)內(nèi)置的DSP，實(shí)現(xiàn)了物體跟蹤和分類，以及人數(shù)統(tǒng)計(jì)。內(nèi)置DSP使用戶能夠?qū)C(jī)器學(xué)習(xí)推向應(yīng)用的最前沿。

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

　　TI毫米波雷達(dá)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(dá)芯片的高級(jí)架構(gòu)框圖

　　毫米波雷達(dá)探尋更廣泛的汽車應(yīng)用

　　盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)巡航等基礎(chǔ)ADAS(先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng))功能已經(jīng)很常見了，利用24 GHz側(cè)方雷達(dá)和77 GHz前方雷達(dá)就可以輕松實(shí)現(xiàn)。Wasson表示對(duì)于TI毫米波雷達(dá)來(lái)說(shuō)更有意義的是，其應(yīng)用的快速擴(kuò)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guò)濾噪音，使TI的雷達(dá)芯片可以探測(cè)非常微小的運(yùn)動(dòng)，甚至是人或動(dòng)物的呼吸，以判斷車內(nèi)是否有人或動(dòng)物的存在。

　　Wasson提到“兒童乘坐探測(cè)”，很可能將進(jìn)入歐洲NCAP(新車評(píng)價(jià)規(guī)程)發(fā)展規(guī)劃。他相信這將為TI雷達(dá)傳感器在車身、傳動(dòng)和車廂內(nèi)的應(yīng)用打開大門。Tier 1和OEM制造商正在尋求合適的傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這類探測(cè)，而雷達(dá)傳感器在這方面優(yōu)勢(shì)更明顯。

　　例如，雷達(dá)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(hào)處理器可以探測(cè)心跳，TI的雷達(dá)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(wú)法做到這一切。

　　據(jù)TI稱，除了探測(cè)汽車內(nèi)部的生命體外，將MCU和DSP納入雷達(dá)前端芯片還有助于“檢測(cè)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(bào)和更智能的自動(dòng)泊車”。

　　Wasson強(qiáng)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(dá)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(dá)芯片的公司。Wasson說(shuō)：“我們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，其它硅器件供應(yīng)商在宣傳CMOS毫米波雷達(dá)芯片，但是我們還沒有在市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)雷達(dá)芯片的大規(guī)模量產(chǎn)?！?/p>

　　成像雷達(dá)

　　值得注意的是，TI正在將其雷達(dá)芯片擴(kuò)展到成像應(yīng)用。在傳統(tǒng)的雷達(dá)應(yīng)用中，雷達(dá)發(fā)射無(wú)線電波，接受反射波，然后利用這些信息來(lái)創(chuàng)建物體位置和運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。

　　而成像雷達(dá)則利用這些反射波來(lái)創(chuàng)建一幅圖像。當(dāng)無(wú)線電波從物體反射回來(lái)時(shí)，反射波會(huì)根據(jù)物體的狀態(tài)而改變，包括無(wú)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(jì)算機(jī)便能創(chuàng)建目標(biāo)物體的3D或2D圖像。

　　TI在今年的CES消費(fèi)電子展上展示過(guò)一款這類成像雷達(dá)。通過(guò)級(jí)聯(lián)4個(gè)單芯片AWR1243雷達(dá)前端器件，能夠提供高達(dá)1.6°的角度分辨率，并能探測(cè)250 m以外的車輛。

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

　　TI級(jí)聯(lián)雷達(dá)傳感器創(chuàng)建的圖像

　　System Plus Consulting(Yole旗下子公司)RF和先進(jìn)封裝部門項(xiàng)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(jiǎn)款雷達(dá)芯片。他說(shuō)：“相比其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品，其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)化的芯片堆棧。事實(shí)上，根據(jù)應(yīng)用(成像、中距離雷達(dá)或遠(yuǎn)距離雷達(dá))，收發(fā)器可以通過(guò)瀑布效應(yīng)堆疊(一種級(jí)聯(lián)方式)，提供更大更強(qiáng)的傳感性能?！?/p>

　　Elisabeth 補(bǔ)充說(shuō)，TI的雷達(dá)芯片采用了標(biāo)準(zhǔn)的FCBGA(倒裝芯片球柵陣列)封裝，帶來(lái)了輸出功率更高的低成本傳感器解決方案。而其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，則采用了先進(jìn)的封裝技術(shù)，例如eWLB(嵌入式晶圓級(jí)球柵陣列)封裝。

　　成像雷達(dá)已經(jīng)逐漸成為一項(xiàng)熱門技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)包括能夠在目標(biāo)被障礙物遮擋的情況下運(yùn)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(yīng)Tier 1和OEM廠商發(fā)出的RFQ(采購(gòu)報(bào)價(jià)請(qǐng)求)，積極投身成像雷達(dá)的開發(fā)。這些創(chuàng)業(yè)公司中包括兩家均來(lái)自以色列的Vayyar Imaging和Arbe Robotics。

　　據(jù)麥姆斯咨詢此前報(bào)道，Vayyar Imaging宣布開發(fā)出了一款雷達(dá)系統(tǒng)，能夠透視墻壁，繪制從單個(gè)物體到整個(gè)工廠樓層的所有圖像。Arbe Robotics則據(jù)稱在其雷達(dá)系統(tǒng)中改進(jìn)了即時(shí)定位和地圖構(gòu)建(SLAM)算法。其嵌入式處理器中運(yùn)行的軟件，能夠每秒創(chuàng)建50次點(diǎn)云圖，定位車輛25次，同時(shí)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(dá)解決方案都在一個(gè)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(dá)產(chǎn)品解決方案。

　　雷達(dá)拓展工業(yè)應(yīng)用

　　TI很有信心，其毫米波傳感器將改變雷達(dá)傳感器的工業(yè)應(yīng)用。

　　TI稱，對(duì)于建筑自動(dòng)化，開發(fā)商可以通過(guò)使用一款毫米波雷達(dá)傳感器，應(yīng)用“人數(shù)統(tǒng)計(jì)和跟蹤”參考設(shè)計(jì)。Wasson表示，“通過(guò)監(jiān)測(cè)采集范圍內(nèi)人員的大幅和小幅運(yùn)動(dòng)、速度和角度數(shù)據(jù)，開發(fā)商可以實(shí)現(xiàn)更智能的建筑系統(tǒng)，包括制熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)、照明、電梯等。”

　　Wasson還提到了他近期與英國(guó)一支研究路口交通監(jiān)控系統(tǒng)的工程團(tuán)隊(duì)的會(huì)面。“我們的雷達(dá)從包裝盒中拿出來(lái)就可以用，那支研究團(tuán)隊(duì)利用我們的雷達(dá)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(yù)期。”他說(shuō)。

　　TI的交通監(jiān)控、物體探測(cè)和跟蹤參考設(shè)計(jì)，利用搭載毫米波雷達(dá)傳感器的智能運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)跟蹤車輛和機(jī)械運(yùn)動(dòng)。同樣，雷達(dá)還可以用于工廠或農(nóng)場(chǎng)，簡(jiǎn)化各種不同的工藝或流程。

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

　　供貨與售價(jià)

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

　　AWR1642，訂貨量1000顆的售價(jià)為45美元/顆;

　　IWR1642，訂貨量1000顆的售價(jià)為19.99美元/顆。