6款4D成像毫米波雷達芯片方案，誰是智駕擔當？

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

作者｜Andy    校對｜James 

毫米波雷達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)高工研究報告，預計前向毫米波雷達至2025年在L2級以上車輛的搭載率有望突破50%。

不過傳統(tǒng)毫米波雷達的角分表率過低，對目標檢測不靈敏的特性，讓其無法在L4級及以上的自動駕駛中繼續(xù)擔當主角。為解決技術瓶頸，4D成像毫米波雷達應運而生，其同時兼顧了傳統(tǒng)毫米波雷達全天候工作和激光雷達精準掃描的特性，獲得了包括大陸、博世、華為等一眾Tier 1的認可并投入研發(fā)，4D成像毫米波雷達也借此東風正式崛起，據(jù)行業(yè)預測，至2023年，4D成像毫米波雷達的搭載量或突破100萬顆。

針對目前自動駕駛感知系統(tǒng)不同技術路線的現(xiàn)存優(yōu)缺點，4D成像毫米波雷達被寄予厚望。只是，在業(yè)內(nèi)人士看來，4D成像毫米波雷達還處于起步階段，目前只能替代低線束激光雷達，未來若要實現(xiàn)對分辨率更高的激光雷達的替代，解決自動駕駛成本高、量產(chǎn)難的問題，毫米波雷達仍需繼續(xù)突破技術瓶頸。

據(jù)了解，毫米波雷達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成像毫米波雷達發(fā)展的關鍵。今天，筆者就給大家介紹幾款適于開發(fā)4D成像毫米波雷達的可選芯片方案。

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處理器以及77GHz收發(fā)器，能滿足車輛角落雷達以及前置雷達的NCAP要求，首次為4D成像雷達實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)提供了可行道路。

據(jù)了解，該套方案其實為兩種新型雷達解決方案。

一種是成像雷達解決方案，結合了新款專用S32R45雷達處理器和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)境中準確地區(qū)分車輛以及騎行者或行人等弱勢道路使用者。

另一種是角雷達和前置雷達解決方案，基于恩智浦新款S32R294雷達處理器并結合了恩智浦TEF82xx收發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離前置雷達以及高端多模態(tài)用例，如同步盲點探測、變道輔助以及高程傳感等。其中，S32R294是一款雷達信號處理器，目前采用16nm制程工藝，未來將有可能采用臺積電的5nm工藝打造，可以處理4D點云雷達信號，將為主機廠提供擴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成像毫米波雷達的開發(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毫米波雷達傳感器AWR1642系列，欲打破恩智浦和英飛凌兩家企業(yè)對傳統(tǒng)毫米波雷達芯片的壟斷格局，但事與愿違。

在洞悉到毫米波雷達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片級聯(lián)4D毫米波雷達全套設計方案。

公開資料顯示，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現(xiàn)高度集成，并支持5G帶寬，提供有三個****通道和四個接收通道，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，探測距離＞220米，可區(qū)分附近的大小目標。

需要說明的是，德州儀器針對AWR2243提供一站式解決方案，收發(fā)器平臺解決方案包，包括參考硬件設計、軟件驅(qū)動程序、示例配置、API指南和用戶文檔，同時提供2芯片級聯(lián)和4芯片級聯(lián)方案，能大大降低開發(fā)成本，同時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發(fā)成本；該芯片方案也已成為目前4D成像毫米波雷達的主流方案，根據(jù)公開數(shù)據(jù)，華為、蘇州豪米波等國內(nèi)外多個毫米波雷達企業(yè)均基于該芯片開發(fā)各自的4D成像毫米波雷達。

3、賽靈思：Zynq UltraScale+ RFSoC

德國大陸在2016年開始研發(fā)4D成像毫米波雷達時，選用的芯片方案為恩智浦的S32R274，但該芯片無法讓雷達小型化，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，專為射頻領域設計，第二、三代Zynq UltraScale+ RFSoC具有更高的射頻性能及更強的可擴展能力，分別最高支持到5GHz和6GHz，從而滿足新—代5G部署的關鍵需求。同時，還可支持針對采樣率高達5GS/S的14位模數(shù)轉換器（ADC）和10GS/S的14位數(shù)模轉換器（DAC）進行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達6GHz。

方案中，在SoC架構中集成數(shù)千兆采樣RF數(shù)據(jù)轉換器和軟判決前向糾錯（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射頻平臺；可為模擬、數(shù)字和嵌入式設計提供適當?shù)钠脚_，從而可簡化信號鏈上的校準和同步。

作為面向可擴展、多功能、相控陣雷達的單芯片TRX解決方案，Zynq UltraScale+ RFSoC能夠在預警場景下實現(xiàn)低時延收發(fā)，獲得最佳響應時間；可為部署5G無線通信系統(tǒng)、有線電視接入、高級相控陣雷達、汽車雷達以及包括測量測試和衛(wèi)星通信在內(nèi)的其它應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，并在北京和硅谷設有辦事處，團隊包括半導體工程師、汽車雷達專家和數(shù)據(jù)科學家等。

成立之初，Arbe主要依賴采購第三方芯片組來進行4D成像雷達解決方案的研發(fā)；但因第三方芯片存在算力、軟件開發(fā)匹配度等問題，Arbe隨后開始了自研芯片計劃。2020年5月，Arbe發(fā)布4D成像雷達處理芯片——RFIC，采用格羅方德半導體公司22nm射頻CMOS工藝，搭配了自研算法和原創(chuàng)天線設計，可提供比原來的圖像精細100倍的圖像精度，Arbe基于該芯片推出了車規(guī)級4D成像雷達芯片組解決方案——Phoenix。

該芯片組擁有2300個通道（48****×48接收），相較于傳統(tǒng)毫米波雷達的12個通道（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幀的速度實時追蹤數(shù)百個目標；視野范圍達到100°方位角和30°仰角，探測距離達到300米可實現(xiàn)提供點云成像的功能；可以根據(jù)距離、方位角、仰角和速度追蹤并分離對象，適用于L3級及以上的高級自動駕駛中應用。

除了Phoenix芯片組，2020年10月29日，Arbe還推出了首個2K高分辨率成像雷達開發(fā)平臺，Tier 1和OEM廠商可以利用該平臺，進行自動駕駛感知能力軟件算法的迭代，可提供實時聚類、追蹤、自定位、過濾錯誤警報、實時推斷車速和定位、追蹤/分類視野內(nèi)的物體并識別其速度、提供自由空間地圖等功能。

5、Vayyar：ROC

Vayyar也是來自以色列的一家傳感器企業(yè)，成立于2011年，致力于開發(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SoC——ROC，在單顆芯片上集成了72個****和72個接收器，覆蓋了3 GHz~81 GHz雷達和成像頻段，集成有一個內(nèi)部數(shù)字信號處理器（DSP）和微控制器單元（MCU），可以進行實時信號處理，只需一個射頻集成電路（RFIC）即可執(zhí)行感測、計算、處理、映射和成像目標。

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行，可以替代其他傳感器，而無需昂貴的激光雷達和攝像頭。方案支持跨3-81GHz的超寬帶（UWB）和毫米波頻率；同時搭載內(nèi)部數(shù)字信號處理器（DSP）和實時信號處理微控制器單元（MCU）。RoC還可支持多種系統(tǒng)，包括入侵警報、兒童存在檢測、增強型安全帶提醒和eCall，在發(fā)生碰撞時向緊急服務部門報警。

Vayyar透露，RoC預計將于2023年集成到汽車中。不過，RoC并非應用于自動駕駛，而是一款應用于駕駛艙監(jiān)控系統(tǒng)、兒童存在檢測、安全帶提醒、侵入者警報的輔助駕駛產(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雷達芯片市場，但在4D成像毫米波雷達芯片方面進展緩慢。2020年初，英飛凌宣布與美國傲酷合作，進入車規(guī)級成像雷達市場；同年7月，在英飛凌汽車電子開發(fā)者大會上，英飛凌繼續(xù)表示，下一步會推出點云成像毫米波雷達芯片。

據(jù)分析，英飛凌推出的RXS816xPL系列芯片可滿足成像雷達需求，支持在單個設備中執(zhí)行雷達前端的所有功能，從FMCW信號調(diào)理到生成數(shù)字接收數(shù)據(jù)輸出；滿足了從AEB到自動駕駛中的高分辨率雷達等關鍵型應用的77-79 GHz雷達的需求；使用支持高達2GHz的高調(diào)制帶寬，以實現(xiàn)精確的距離測量和MIMO的同步****機操作，能夠探測和識別300米范圍內(nèi)的物體。

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

小結

目前，成像雷達的實現(xiàn)方式主要有三種方案，分別是標準芯片+軟件算法、多收多發(fā)芯片組、超材料技術。而4D成像雷達尚處于起步階段，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)毫米波雷達芯片大廠仍在觀望中，意法半導體、ADI等均有布局77GHz車規(guī)級毫米波雷達芯片，但在4D成像毫米波雷達芯片領域進展緩慢。

其中，ADI擁有超過15年的雷達芯片開發(fā)經(jīng)驗，2018年3月收購由西門子公司剝離出來的德國Symeo公司后，具備了4D毫米波雷達芯片的開發(fā)實力。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的射頻芯片，計劃于2020年完成量產(chǎn)準備，至今仍未有確切公開信息。

實際應用上，據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，目前除了德國大陸推出的全球首款4D成像毫米波雷達（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發(fā)。未來隨著4D成像毫米波雷達的應用方向及技術方向愈發(fā)明確和清晰，主流芯片大廠將會擇機推出更多適用于4D成像毫米波雷達的芯片方案。

與此同時，以現(xiàn)有芯片方案推出的4D成像毫米波雷達，僅能實現(xiàn)最大等效于8線束及以下激光雷達的效果，未來若要在L3級及以上更高級別的自動駕駛中應用，4D成像毫米波雷達芯片仍需尋求提高分辨率等核心技術突破。

為此，國際上已經(jīng)涌現(xiàn)出一批專注于4D成像毫米波雷達方案的創(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)形成了較強的技術積累。同時，一批新的產(chǎn)品設計公司也不斷基于現(xiàn)有方案進行創(chuàng)新，如美國傲酷推出的Eagle就采用了軟件算法加載的方式，實現(xiàn)更高的分辨率；國內(nèi)華為推出的4D成像毫米波雷達也是基于現(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等老牌雷達企業(yè)也在加緊對4D成像毫米波雷達的推進進度。

另外需要說明的是，截至目前，國內(nèi)企業(yè)仍需高度依賴國際芯片公司，隨著森思泰克、加特蘭、岸達科技、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，未來或有“芯”突破。