德州儀器CMOS毫米波雷達率先規模量產 集成DSP助力更智能世界

傳統汽車雷達系統的局限性已經眾所周知。傳統雷達缺乏解析度，無法分辨附近的物體。此外，雷達系統還常常發出虛假警報，並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點，尤其是它們能夠在各種天氣條件下工作的優勢。他們認為雷達可以和視覺感測器一起協作，作為高度自動化車輛中的關鍵感測技術。

人們已經充分了解了雷達系統的優勢和劣勢，那麼問題來了，雷達技術該往什麼方向發展呢?

Texas Instruments(TI，德州儀器)希望用基於其標準RF CMOS技術的毫米波雷達晶元來回答這個問題。據麥姆斯諮詢此前報道，TI大約在一年前發布了其雷達晶元，據稱能夠提供「小於5 cm的解析度，探測範圍達數百米，速度最高可達300 km/h」。

TI雷達和分析處理器部門總經理Sameer Wasson表示，在公司的雷達晶元推出一年後，其團隊在汽車和工業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毫米波感測器已經大規模量產，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晶元。更讓Wasson興奮的是，他們的雷達晶元在工業應用領域的表現。TI為工業應用設計的毫米波感測器IWR1642，正在尋求各種應用，使它們能夠進入從智能建築到工廠樓層和運輸系統的所有領域。

集成數字信號處理器(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，其核心在於TI雷達解決方案的集成架構。TI的毫米波感測器件在一顆單晶元上集成了76~81 GHz毫米波雷達、MCU(微控制器)以及數字信號處理器(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、功耗以及雷達晶元的成本。例如，NXP(恩智浦)便率先將MCU集成進入了其RF CMOS收發器中。但是，TI更進了一步，將DSP也集成到了同一顆晶元中。

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毫米波感測器通過內置的DSP，實現了物體跟蹤和分類，以及人數統計。內置DSP使用戶能夠將機器學習推嚮應用的最前沿。

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毫米波雷達晶元的高級架構框圖

毫米波雷達探尋更廣泛的汽車應用

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

例如，其毫米波感測器內置的數字處理功能可以過濾噪音，使TI的雷達晶元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(新車評價規程)發展規劃。他相信這將為TI雷達感測器在車身、傳動和車廂內的應用打開大門。Tier 1和OEM製造商正在尋求合適的感測技術來實現這類探測，而雷達感測器在這方面優勢更明顯。

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，由於其片上數字信號處理器可以探測心跳，TI的雷達晶元甚至可以分辨人和靜態的物體(例如行李袋)。

顯然，視覺攝像頭無法做到這一切。

據TI稱，除了探測汽車內部的生命體外，將MCU和DSP納入雷達前端晶元還有助於「檢測車門和後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，TI是唯一提供在一顆單晶元上集成前端、DSP和MCU的雷達解決方案的公司，也是唯一一家大規模量產毫米波雷達晶元的公司。Wasson說：「我們的競爭對手，其它硅器件供應商在宣傳CMOS毫米波雷達晶元，但是我們還沒有在市場上看到它們的產品。如果要在2020年的車輛中看到這些產品，那現在就需要先實現雷達晶元的大規模量產。」

成像雷達

值得注意的是，TI正在將其雷達晶元擴展到成像應用。在傳統的雷達應用中，雷達發射無線電波，接受反射波，然後利用這些信息來創建物體位置和運動的數據。

而成像雷達則利用這些反射波來創建一幅圖像。當無線電波從物體反射回來時，反射波會根據物體的狀態而改變，包括無線電波傳輸的距離，末端物體的種類等。利用這些捕獲的數據，計算機便能創建目標物體的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4個單晶元AWR1243雷達前端器件，能夠提供高達1.6°的角度解析度，並能探測250 m以外的車輛。

Wasson 稱，AWR1243中集成的DSP能夠將無線電波捕獲的數據轉譯為點雲圖。

TI級聯雷達感測器創建的圖像

System Plus Consulting(Yole旗下子公司)RF和先進封裝部門項目經理Stéphane Elisabeth表示，TI的產品組合中也包括沒有MCU和DSP的簡款雷達晶元。他說：「相比其競爭對手的產品，其中一個優勢是簡化的晶元堆棧。事實上，根據應用(成像、中距離雷達或遠距離雷達)，收發器可以通過瀑布效應堆疊(一種級聯方式)，提供更大更強的感測性能。」

Elisabeth 補充說，TI的雷達晶元採用了標準的FCBGA(倒裝晶元球柵陣列)封裝，帶來了輸出功率更高的低成本感測器解決方案。而其競爭對手，則採用了先進的封裝技術，例如eWLB(嵌入式晶圓級球柵陣列)封裝。

成像雷達已經逐漸成為一項熱門技術。其優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)、水或牆壁。

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

據麥姆斯諮詢此前報道，Vayyar Imaging宣布開發出了一款雷達系統，能夠透視牆壁，繪製從單個物體到整個工廠樓層的所有圖像。Arbe Robotics則據稱在其雷達系統中改進了即時定位和地圖構建(SLAM)演算法。其嵌入式處理器中運行的軟體，能夠每秒創建50次點雲圖，定位車輛25次，同時物體間具有一定的解析度。

但Wasson指出，這兩家創業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則能根據客戶需求，提供更加靈活的成像雷達產品解決方案。

雷達拓展工業應用

TI很有信心，其毫米波感測器將改變雷達感測器的工業應用。

TI稱，對於建築自動化，開發商可以通過使用一款毫米波雷達感測器，應用「人數統計和跟蹤」參考設計。Wasson表示，「通過監測採集範圍內人員的大幅和小幅運動、速度和角度數據，開發商可以實現更智能的建築系統，包括制熱、通風和空調(HVAC)、照明、電梯等。」

Wasson還提到了他近期與英國一支研究路口交通監控系統的工程團隊的會面。「我們的雷達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控系統，效果大大超出了他們的預期。」他說。

TI的交通監控、物體探測和跟蹤參考設計，利用搭載毫米波雷達感測器的智能運輸系統來跟蹤車輛和機械運動。同樣，雷達還可以用於工廠或農場，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感測器已經規模量產，可通過TI商店和授權分銷商採購。

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。

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