華為與奇瑞合作的77G毫米波雷達(dá)內(nèi)部拆解曝光

實(shí)際早在90年代初，美國(guó)就開始在校車和長(zhǎng)途巴士上安裝24 GHz頻段的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)。它們能夠提供諸如前向碰撞報(bào)警FCW和防撞制動(dòng)CA等被動(dòng)或主動(dòng)的安全功能，且事實(shí)上對(duì)降低追尾事故和減少傷亡表現(xiàn)出顯著的效果。而后，歐美各大車廠開始研發(fā)通過毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)基于安全和舒適駕駛目的ACC（Adaptive Cruise Control）自適應(yīng)巡航功能。從1995年開始西方主要車企業(yè)陸續(xù)在其高端轎車上安裝ACC系統(tǒng)。1999年梅賽德斯率先在其S級(jí)轎車上安裝了77 GHz ACC雷達(dá)。接下來(lái)其他車廠相繼跟進(jìn)，如寶馬7系、捷豹、奧迪A8和大眾的輝騰等系列也安裝了用以實(shí)現(xiàn)ACC功能的77 GHz毫米波雷達(dá)。至此汽車的ADAS時(shí)代正式拉開序幕。

機(jī)緣巧合得到了一個(gè)車用角毫米波雷達(dá)，今天拆解給大家看。

外觀

整個(gè)外殼是塑料的，三個(gè)角上有植入螺絲固定孔?？粗芙Y(jié)實(shí)，畢竟汽車級(jí)的電子產(chǎn)品，想想也實(shí)屬正常。

模組背面有詳細(xì)的零部件編號(hào)、廠家代碼、軟硬件版本號(hào)等等?？雌饋?lái)是華為給奇瑞開發(fā)的。

拆解

研究了半天發(fā)現(xiàn)只能用錘子砸開。在錘子快報(bào)廢的時(shí)候，終于砸開了，可以看到底殼和頂殼里面各有一個(gè)板子，兩個(gè)板子通過BTB連接器連接。我現(xiàn)在就想問一下搞結(jié)構(gòu)的大佬們，這種黑色的外殼是什么材質(zhì)？感覺強(qiáng)度快趕上不銹鋼了。

它這個(gè)外殼固定沒有用螺絲。而是在底殼的墻體頂部中間開槽。然后把頂殼插進(jìn)槽里，然后加了很多膠來(lái)固定的。

主控與電源板

先看底殼部分，板子上面有一個(gè)鋁合金屏蔽蓋。

這個(gè)板子和線束連接器采用了壓接的形式。

壓接段子細(xì)節(jié)，一般服務(wù)器背板會(huì)采用這種壓接工藝。

板子正面。

CAN Transiver到連接器之間的CAN_H和CAN_L信號(hào)上串有共模電感。

這個(gè)板子背面沒有其他IC，只有一些阻容二極管及BTB連接器。

幾顆胖乎乎的1210封裝的MLCC電容特寫。

BTB連接器特寫。

去掉板子之后，底下還有一個(gè)鋁合金屏蔽殼。

屏蔽殼上芯片的位置有散熱硅脂。

雷達(dá)天線板

把頂殼里的板子拆下來(lái)。

板子背面就是角毫米波雷達(dá)天線陣列，中間是一顆IC。

中間的IC是英飛凌的RXS8160P，這是一顆專用于汽車ADAS的雷達(dá)傳感器射頻前端。

以上是英飛凌手冊(cè)《Infineon-Passive_Filter_Optimization_Application_Note-ApplicationNotes-v01_00-EN.pdf》中RXS8160P的應(yīng)用框圖。

板子正面是一個(gè)BTB連接器，中間一堆阻容晶振是RXS8160P的外圍器件。

這個(gè)連接器是一個(gè)浮動(dòng)連接器。當(dāng)兩個(gè)板子有相對(duì)位移的時(shí)候，連接器會(huì)跟著浮動(dòng)。

以上是整個(gè)角毫米波雷達(dá)的全家福。

毫米波雷達(dá)的應(yīng)用非常廣泛，無(wú)人機(jī)、汽車、機(jī)器人等產(chǎn)品中都可以廣泛的見到雷達(dá)的應(yīng)用。汽車上的毫米波雷達(dá)主要包括前向雷達(dá)、角雷達(dá)、門雷達(dá)等等，用于實(shí)現(xiàn)ACCL1L2等自動(dòng)駕駛中的目標(biāo)感知及避障。

77G毫米波雷達(dá)方案

1 典型ADAS/AD駕駛雷達(dá)方案

為了更好的了解最新毫米波雷達(dá)的硬件方案，我們先關(guān)注一下前沿的ADAS/自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖7 ADAS/自動(dòng)駕駛空間傳感器系統(tǒng)

如圖7展示，首先明確的將固態(tài)激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭傳感器分成獨(dú)立的3個(gè)域，每個(gè)域有一個(gè)單獨(dú)的域控制器（Sensor Domain Processor）。而一個(gè)域控制器下掛多個(gè)同類的傳感器或雷達(dá)。比如，毫米波雷達(dá)域就有2組共6具雷達(dá)收發(fā)器。要說明的是最新的車載毫米波雷達(dá)支持級(jí)聯(lián)技術(shù)，它通過將多個(gè)收發(fā)器串聯(lián)在一起，增加某一方向上收發(fā)天線數(shù)量，通過域控制器的同步使這個(gè)方向的雷達(dá)具有更大的視場(chǎng)角度和探測(cè)能力。如圖7中，6個(gè)SRR/MRR中短毫米波雷達(dá)就是3個(gè)一組的級(jí)聯(lián)方式，2組分別負(fù)責(zé)不同的探測(cè)方向。同時(shí)LRR遠(yuǎn)距毫米波雷達(dá)被獨(dú)立出來(lái)，因?yàn)榍翱蠢走_(dá)采用寬帶高分辨率窄波束模式，專門負(fù)責(zé)ACC和AEB等高安全級(jí)別功能。其數(shù)據(jù)接口要滿足大帶寬和低延時(shí)要求，因此直接鏈接融合控制器，而不經(jīng)由域控制器的分支。

當(dāng)然，這種以控制融合單元（Control Fusion Unite）為中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以拓展多個(gè)域控制器，結(jié)構(gòu)非常靈活。不同類型的雷達(dá)或傳感器獲取的空間數(shù)據(jù)在這個(gè)單元中進(jìn)行融合計(jì)算，最終建立起一個(gè)三維空間地圖，實(shí)現(xiàn)如安全預(yù)警、變道、環(huán)視和自動(dòng)泊車等ADAS功能。

2 77/79G雷達(dá)系統(tǒng)方案

如1.4節(jié)所展示的，一個(gè)完整車載毫米波雷達(dá)收發(fā)器模塊，包括射頻前端（含天線）、數(shù)字前端、數(shù)字處理DSP以及電源這4個(gè)部分。毫米波雷達(dá)作為整車前裝部件，且單車裝備數(shù)量多，所以整車廠對(duì)其成本非常敏感。早期的毫米波雷達(dá)方案，由于受到射頻半導(dǎo)體工藝的限制，其電路主要由分離器件搭建，性能和質(zhì)量并不穩(wěn)定，成本也下不來(lái)。但隨著MMIC微波芯片技術(shù)和制造工藝的提高，不同的半導(dǎo)體公司都提出各自特點(diǎn)的集成方案。

表5 歐美主要雷達(dá)芯片廠最新方案

如歐洲的英飛凌（Infineon）其車載雷達(dá)方案發(fā)展的較早，他們最早采用離散器件電路，后逐步集成形成今天基于BiCMOS工藝收發(fā)器+數(shù)字DSP的套片方案。歐洲的另外一個(gè)廠商恩智浦（NXP）2017年開始從BiCMOS轉(zhuǎn)向集成度更高的RFCMOS收發(fā)器+數(shù)字DSP的方案。而大洋彼岸的美國(guó)德州儀器（TI）則從一開始就采用RFCOMS技術(shù)制造集成數(shù)字處理后端的單芯片方案。這里可以看出從工藝角度有BiCMOS vs RFCMOS兩大流派；從結(jié)構(gòu)上有“套片方案”vs“單芯片方案”2種方案。下面就從成本和優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)分析這3種典型毫米波雷達(dá)IC方案。

2.1 BiCMOS vs RFCMOS

BiCMOS主要為SiGe（硅鍺）工藝，BiCOMS是當(dāng)前MMIC領(lǐng)域一種比較成熟的模擬制程。它是將雙極型BJT晶體管和0.5 μm的CMOS技術(shù)結(jié)合在一起，讓芯片既擁有硅工藝一定的集成度、較高的優(yōu)良品率和較低的成本，又具備第3到第5類半導(dǎo)體在高截止頻率、高功率、高線性度、低噪聲等優(yōu)良射頻性能。BiCMOS非常適合制造毫米波雷達(dá)射頻收發(fā)器IC。而采用RFCMOS工藝的優(yōu)勢(shì)是可以將射頻前端，運(yùn)算處理與存儲(chǔ)器等數(shù)字組件制作在一塊晶片上。這就意味著可以將雷達(dá)系統(tǒng)的模擬前端、數(shù)字前端和數(shù)字處理這3部分完全集成在一顆芯片里，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的單芯片化和低成本目標(biāo)。

2.2 英飛凌RXS8160PL方案

Infineon英飛凌方案采用3發(fā)4收天線陣列和BiCMOS制程（圖8）。

當(dāng)前，英飛凌最新的77G車載雷達(dá)方案包括收發(fā)器前端（RF FE）RXS8160PL、第二代AURIX多核內(nèi)嵌DSP的專用MCU以及TLF30684電源管理芯片PMIC的套片方案。

圖8 英飛凌Infineon RXS8160PL+TC3xx套片方案

因?yàn)槭瞻l(fā)器中的中頻電路對(duì)電源數(shù)字噪聲就非常敏感，如果不能很好的隔離，在FFT后會(huì)出現(xiàn)虛假目標(biāo)。為了保證目標(biāo)識(shí)別的穩(wěn)定，采用一顆PMIC芯片將整車的12 V轉(zhuǎn)換為多路相互獨(dú)立的電源輸出，有效保證模擬電源對(duì)數(shù)字噪聲的隔離。

2.3 恩智浦TEF810E方案

NXP的Dolphin 77/81G車載雷達(dá)方案也采用3發(fā)4收的天線陣列和Infineon相同模擬數(shù)字分離的套片方案。但是NXP的收發(fā)前端采用的是RFCOMS工藝。之前文章提到過RFCMOS的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)?；旌霞?，可以將DSP集成和模擬前端集成在一起。但是NXP依然采用模數(shù)分離的套片方案，除了上節(jié)提到靈敏度和假目標(biāo)的原因，還有是從功耗和方面的考慮。BiCMOS的晶體管電路需要偏執(zhí)電壓保證靜態(tài)工作點(diǎn)和放大電路的線性度，所以前端電壓不能做到很低。而RFCMOS的前端電路中VCO、LNA、PA、混頻器和分頻器的電源電壓可以做到1.1 V左右，這樣最極大限度的降低收發(fā)器電路的功耗。如圖9，TEF810供電可低至1.1 V，而SiGe的BiCMOS最低只能做到2.5 V（Infineon方案為3.3 V）。從2017年開始NXP的TEF810x采用RFCMOS方案，替換BiCMOS的MR2001分離套片方案。其中一個(gè)目的就是降低系統(tǒng)功耗，使其更適合車載能耗需求，特別是在電力消耗更為苛刻的新能源汽車上。

圖9 NXP恩智浦TEF810E+RaceRunner套片方案

（注：MR2001方案是NXP 2016年對(duì)出的76～77G車載雷達(dá)方案，其射頻前端有發(fā)射器Tx，接收器Rx和壓控震蕩器VOC三個(gè)獨(dú)立的IC組成的套片方案）

2.4 德州儀器AWR1443單芯片方案

德州儀器作為專注數(shù)?；旌掀骷拿绹?guó)半導(dǎo)體公司，其進(jìn)入車載毫米波雷達(dá)領(lǐng)域時(shí)間較晚。但是多年在RFCMOS上的積累，讓它一開始就著眼于低成本低功耗的單芯片方案上。TI的AWR1443（圖10）將內(nèi)部電路分為RF/Analog系統(tǒng)、數(shù)字前端和Master主控器子系統(tǒng)3部分，這是對(duì)應(yīng)毫米波雷達(dá)的模擬前端、數(shù)字前端和數(shù)字處理3個(gè)模塊。AWR1443得益于RFCMOS技術(shù)才把數(shù)?；旌想娐?、DSP、CPU和各種內(nèi)存以及接口電路集成在一起。

圖10 德州儀器TI AWR1443單芯片77G雷達(dá)方案

出處：二哈拆解，百花潭編輯整理

審核編輯 黃宇