數(shù)字化+單芯片集成——4D成像雷達(dá)的降本增效之路

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）目前主流的ADAS方案中，攝像頭+毫米波雷達(dá)幾乎已經(jīng)是基礎(chǔ)套裝，更高級(jí)的城市導(dǎo)航輔助駕駛NOA等已經(jīng)開(kāi)始配備1個(gè)或多個(gè)激光雷達(dá)。不過(guò)從近期各大車(chē)企或者是自動(dòng)駕駛公司的方案來(lái)看，在城市NOA方案前裝量產(chǎn)階段，降本增效已經(jīng)成為核心目標(biāo)之一。

4D成像雷達(dá)在傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的基礎(chǔ)上增加了垂直角度分辨率，能夠獲取俯仰角數(shù)據(jù)，即可以檢測(cè)物體高度信息，這讓4D成像雷達(dá)具備了與激光雷達(dá)類(lèi)似的感知能力。目前除了特斯拉計(jì)劃將在旗下車(chē)型搭載之外，國(guó)內(nèi)上汽飛凡、長(zhǎng)安深藍(lán)等部分車(chē)型已經(jīng)搭載4D成像雷達(dá)并量產(chǎn)。

與激光雷達(dá)類(lèi)似，當(dāng)前4D成像雷達(dá)的技術(shù)路線也呈現(xiàn)百花齊放的景象。目前主流的車(chē)載毫米波雷達(dá)普遍采用基于模擬信號(hào)調(diào)制的FMCW（調(diào)頻連續(xù)波），但隨著對(duì)性能需求的增加，基于DCM（數(shù)字編碼調(diào)制）技術(shù)的PMCW（調(diào)相連續(xù)波）方案，在4D成像雷達(dá)中已經(jīng)開(kāi)始被應(yīng)用，并已經(jīng)在美國(guó)投入生產(chǎn)。

數(shù)字雷達(dá)是未來(lái)的發(fā)展方向

在FMCW毫米波雷達(dá)系統(tǒng)中，測(cè)距的原理是通過(guò)發(fā)射一段連續(xù)的調(diào)頻信號(hào)，即頻率會(huì)隨著時(shí)間變化的連續(xù)波，這種信號(hào)可以被認(rèn)為是附帶了“時(shí)間戳”。發(fā)射波到達(dá)目標(biāo)后，其中一部分會(huì)被反射，通過(guò)對(duì)接收到的反射波與原始信號(hào)混合、比對(duì)，計(jì)算反射波的頻率變化即可同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)距、測(cè)速、方位角等的測(cè)量。

由于連續(xù)波的變化是通過(guò)模擬基帶信號(hào)控制，所以FMCW也可以說(shuō)是基于模擬信號(hào)調(diào)制的方案，F(xiàn)MCW毫米波雷達(dá)也可以被稱(chēng)為模擬雷達(dá)。相反，PMCW毫米波雷達(dá)通過(guò)數(shù)字編碼調(diào)制技術(shù)，所以PMCW毫米波雷達(dá)可以被稱(chēng)為數(shù)字雷達(dá)。

Uhnder芯片業(yè)務(wù)副總裁 Max Liberman

作為世界上唯一一家基于DCM技術(shù)量產(chǎn)成像雷達(dá)方案的廠商，Uhnder芯片業(yè)務(wù)副總裁Max Liberman在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時(shí)表示，鑒于 DCM 可以提供的性能優(yōu)勢(shì)，他認(rèn)為數(shù)字雷達(dá)是行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。

“這種數(shù)字化的轉(zhuǎn)變其實(shí)已經(jīng)在許多市場(chǎng)得到了廣泛的驗(yàn)證，包括手機(jī)、電視以及音響領(lǐng)域等。這些市場(chǎng)轉(zhuǎn)向數(shù)字化的原因在于，為終端消費(fèi)者提供更好的產(chǎn)品性能表現(xiàn)。譬如在電視行業(yè)，能夠獲得更高的分辨率；在音響行業(yè)，可以取得更好的音質(zhì)；在手機(jī)行業(yè)，數(shù)字化已經(jīng)幫助更好地實(shí)現(xiàn)抗干擾?！?br />
而數(shù)字化的趨勢(shì)，已經(jīng)來(lái)到雷達(dá)領(lǐng)域。那么數(shù)字雷達(dá)能夠帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)？據(jù)Max Liberman介紹，通過(guò)數(shù)字化的解決方案，在標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)?yán)走_(dá)頻率上使用數(shù)字編碼的形式，對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行編碼，數(shù)字雷達(dá)可以為自動(dòng)駕駛提供更好的探測(cè)性能，包括分辨率提高 16 倍、對(duì)比度提高 30 倍、目標(biāo)反射功率提高 24 倍（可以探測(cè)距離更遠(yuǎn)的物體或行人），以及實(shí)現(xiàn)更好的抗干擾能力，以確保雷達(dá)與附近的其他雷達(dá)一起使用時(shí)不會(huì)受到信號(hào)干擾，這對(duì)自動(dòng)駕駛安全來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

單芯片集成帶來(lái)降本趨勢(shì)

從目前市面上的4D成像雷達(dá)產(chǎn)品來(lái)看，傳統(tǒng)的Tier1供應(yīng)商產(chǎn)品主要是采用多級(jí)聯(lián)的方案，比如2片或4片MMIC以及非常龐大的數(shù)字處理器的方案。一般單片MMIC具有3發(fā)4收，所以4片MMIC（加上處理器）級(jí)聯(lián)的4D毫米波雷達(dá)就可以達(dá)到12發(fā)16收，共192個(gè)虛擬通道。

當(dāng)然，為了獲得更好的性價(jià)比和穩(wěn)定性，4D成像雷達(dá)制造商會(huì)采用單芯片集成的方案，比如Uhnder。談到這兩種技術(shù)路線，Max Liberman認(rèn)為，隨著產(chǎn)量的增加以及技術(shù)復(fù)雜性的提升，單芯片集成的方案會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。

具體而言，Uhnder目前的數(shù)字雷達(dá)芯片能夠提供192個(gè)虛擬通道（12發(fā)16收），如果終端客戶產(chǎn)品用目前主流的FMCW芯片，要達(dá)到Uhnder數(shù)字雷達(dá)芯片提供的性能水平，需要級(jí)聯(lián)4個(gè)FMCW芯片，同時(shí)需要添加一個(gè)處理器來(lái)處理電路集成，所有這些芯片都需要在非常高的頻率下工作。

“這是一種非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的高功率、高成本和大尺寸等，并且仍然無(wú)法達(dá)到 DCM 技術(shù)固有的減少干擾的性能水平。此外，板上芯片越多，系統(tǒng)的可靠性也會(huì)隨之降低。”Max Liberman補(bǔ)充道。

因此，在性能相比目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品大幅提升的同時(shí)，憑借CMOS技術(shù)的集成優(yōu)勢(shì)，數(shù)字雷達(dá)采用的單芯片解決方案成本要更低。

新技術(shù)如何導(dǎo)入汽車(chē)供應(yīng)鏈

盡管DCM技術(shù)的4D毫米波雷達(dá)有諸多優(yōu)勢(shì)，不過(guò)由于汽車(chē)行業(yè)的特殊性，往往對(duì)于新技術(shù)需要長(zhǎng)時(shí)間的裝車(chē)驗(yàn)證，才會(huì)被廣泛接受，尤其是對(duì)于新技術(shù)較為謹(jǐn)慎的傳統(tǒng)車(chē)企。

另一方面，數(shù)字雷達(dá)中采用到的DCM技術(shù)，與過(guò)去采用FMCW的毫米波雷達(dá)在原理上有所差異，所以對(duì)于工程師而言，可能也會(huì)因?yàn)檫@些差異而影響產(chǎn)品導(dǎo)入的進(jìn)度。

對(duì)于DCM技術(shù)在成像雷達(dá)上的應(yīng)用，Max Liberman認(rèn)為技術(shù)差異對(duì)于工程師而言不會(huì)成為障礙。

“正如所有新技術(shù)都需要有一個(gè)接受期，工程師們也需要時(shí)間去熟悉和掌握這項(xiàng)新的技術(shù)。但一旦了解之后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)DCM的技術(shù)原理并沒(méi)有比FMCW復(fù)雜很多。因?yàn)槲覀兤鋵?shí)已經(jīng)在芯片層面解決了很多復(fù)雜的問(wèn)題，這點(diǎn)也已經(jīng)得到我們客戶的充分驗(yàn)證，他們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，他們可以把過(guò)去的很多經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)運(yùn)用在DCM雷達(dá)上面?！?br />
同時(shí)，Uhnder還會(huì)提供4D數(shù)字成像雷達(dá)解決方案相關(guān)的應(yīng)用程序和軟件工具支持，通過(guò)使用軟件和各種可視化工具，客戶可以快速熟悉Uhnder的解決方案，并在軟件方面得到相應(yīng)的服務(wù)支持。

Max Liberman還透露，Uhnder目前正在和許多Tier1、OEM廠商以及一些頭部的自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)商合作，為他們提供現(xiàn)在市面上性能領(lǐng)先的雷達(dá)解決方案，同時(shí)采用Uhnder數(shù)字雷達(dá)方案的4D成像雷達(dá)，已經(jīng)搭載在美國(guó)新勢(shì)力車(chē)企Fisker的Ocean車(chē)型上。

“我們相信，對(duì)汽車(chē)駕駛安全的需求會(huì)始終存在，Uhnder也將持續(xù)開(kāi)發(fā)并提供準(zhǔn)確度更高的數(shù)字成像雷達(dá)傳感方案，讓我們的數(shù)字雷達(dá)能夠和其他傳感器實(shí)現(xiàn)更好的融合，為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供更可靠的安全保障。我們希望可以憑借我們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及持續(xù)的創(chuàng)新能力，繼續(xù)推動(dòng)數(shù)字雷達(dá)在電路以及軟件設(shè)計(jì)方面的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，讓未來(lái)道路上零交通事故死亡不再是一個(gè)愿景，而是一個(gè)現(xiàn)實(shí)。”