AiP技術(shù)擴(kuò)展了毫米波雷達(dá)的應(yīng)用

說(shuō)起AiP（封裝天線）大家可能并不陌生，它是將天線與芯片集成在封裝內(nèi)使芯片具有系統(tǒng)級(jí)無(wú)線功能的技術(shù)。AiP技術(shù)符合高集成度的趨勢(shì)，為系統(tǒng)級(jí)無(wú)線芯片提供了很好的天線與封裝解決方案。回到如何實(shí)現(xiàn)毫米波天線陣列，有兩種常見方式：AoC （Antenna on Chip）、AiP （Antenna in Package，封裝天線）。AoC技術(shù)更適用于較毫米波頻段更高的太赫茲頻段（300GHz-3000GHz）。AiP實(shí)現(xiàn)了天線與芯片高度集成功能的同時(shí)，兼顧了天線性能、成本及體積。

CMOS工藝把射頻芯片和數(shù)字芯片集成到一起變成SoC這一步本身就是很大的突破，SoC芯片的問(wèn)世，不僅大大降低了客戶產(chǎn)品的開發(fā)難度，且整個(gè)系統(tǒng)成本也隨之下降。那么到底能下降多少成本呢？從第一代的砷化鎵到鍺硅，整個(gè)系統(tǒng)成本大概降了50%；到了CMOS工藝的時(shí)代，跟上一代鍺硅相比又降了40%的系統(tǒng)成本；而到SoC時(shí)代，又會(huì)帶來(lái)30%的成本降低。在此之上如果把天線集成到系統(tǒng)形成一顆AiP的SoC芯片，整個(gè)系統(tǒng)成本能夠進(jìn)一步下探約25%，其好處是非常明顯的。

近日，加特蘭在媒體日上就著重介紹了在今年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的AiP產(chǎn)品。

加特蘭AiP包含有多個(gè)收發(fā)通道并且支持MIMO技術(shù)，系統(tǒng)性能更為強(qiáng)大。與此同時(shí)在開發(fā)階段，客戶不需要投入人力和時(shí)間進(jìn)行天線設(shè)計(jì)和測(cè)試，大大縮短整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)周期，從而縮短產(chǎn)品上市的時(shí)間。

AiP和加特蘭的淵源要追溯到三年前。2017年第一代產(chǎn)品研發(fā)出來(lái)之后加特蘭就開始了AiP相關(guān)的研發(fā)。在2018年的時(shí)候加特蘭第一代AiP產(chǎn)品與Alps SoC樣片同時(shí)問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了毫米波雷達(dá)業(yè)界通道數(shù)量最多的AiP的設(shè)計(jì)。經(jīng)歷了四代的迭代和優(yōu)化，AiP正式進(jìn)入量產(chǎn)。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程中也遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。

物理設(shè)計(jì)是首先遇到的問(wèn)題，加特蘭AiP芯片在長(zhǎng)12毫米的芯片里面一共放了5240個(gè)過(guò)孔，161條信號(hào)線，12個(gè)天線單元；然后是如何避免天線性能受影響。加特蘭通過(guò)對(duì)構(gòu)架和形態(tài)不斷迭代，完成了芯片和模組的協(xié)同設(shè)計(jì)；在封裝方面需要考慮工藝和材料，還有散熱的問(wèn)題；最困難的一點(diǎn)就是電連接，多種不同的設(shè)計(jì)且同時(shí)要考慮信號(hào)的匹配、損耗等指標(biāo)。為了滿足芯片的高可靠性要求，加特蘭AiP為滿足車規(guī)級(jí)AEC-Q100，做了11項(xiàng)、超過(guò)6000小時(shí)的可靠性實(shí)驗(yàn)。

加特蘭AiP具備非常高的設(shè)計(jì)冗余度。我們都知道普通頻段是76到81GHz，整個(gè)使用帶寬只有5 GHz。加特蘭的設(shè)計(jì)保證了帶寬16GHz，相當(dāng)于翻了3倍的能力。天線增益方面，它的使用帶寬是5GHz，但是整個(gè)增益的需求滿足的帶寬其實(shí)是11 GHz，那也是說(shuō)有200%的冗余。

對(duì)于應(yīng)用在汽車ADAS系統(tǒng)或者無(wú)人駕駛技術(shù)，毫米波雷達(dá)是很重要的傳感器。加特蘭的AiP產(chǎn)品同時(shí)又?jǐn)U展了毫米波雷達(dá)在艙內(nèi)應(yīng)用的可能性。

在汽車艙內(nèi)，毫米波傳感器可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別控制，檢測(cè)駕駛員的生命體征，比如心跳呼吸等，以及檢測(cè)艙內(nèi)是否有活體存在。目前很多車廠對(duì)傳感器提出了以上的功能需求，以防止兒童或者寵物被遺忘在艙內(nèi)。使用加特蘭AiP技術(shù)，只需要一個(gè)很小的傳感器裝在車頂燈位置或者后視鏡位置就可以完成對(duì)車艙內(nèi)生命體征的探測(cè)。

毫米波雷達(dá)在市場(chǎng)上的應(yīng)用場(chǎng)景還有很多，比如智能空調(diào)、監(jiān)控領(lǐng)域等等。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)傳感器，而通過(guò)AiP技術(shù)，客戶可以快速地將其應(yīng)用于各種行業(yè)的方方面面。加特蘭預(yù)測(cè)，隨著AiP技術(shù)的普及，到2024年全球毫米波雷達(dá)的容量將增長(zhǎng)到4億顆，AiP將給市場(chǎng)帶來(lái)40%的增長(zhǎng)。
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