德州儀器CMOS毫米波雷達率先規模量產(chǎn) 集成DSP助力更智能世界

　　傳統汽車(chē)雷達系統的局限性已經(jīng)眾所周知。傳統雷達缺乏分辨率，無(wú)法分辨附近的物體。此外，雷達系統還常常發(fā)出虛假警報，并且它們始終無(wú)法足夠快地處理信息，以滿(mǎn)足高速應用。

　　不過(guò)，汽車(chē)專(zhuān)家也認識到雷達技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是它們能夠在各種天氣條件下工作的優(yōu)勢。他們認為雷達可以和視覺(jué)傳感器一起協(xié)作，作為高度自動(dòng)化車(chē)輛中的關(guān)鍵傳感技術(shù)。

　　人們已經(jīng)充分了解了雷達系統的優(yōu)勢和劣勢，那么問(wèn)題來(lái)了，雷達技術(shù)該往什么方向發(fā)展呢?

　　Texas Instruments(TI，德州儀器)希望用基于其標準RF CMOS技術(shù)的毫米波雷達芯片來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。據麥姆斯咨詢(xún)此前報道，TI大約在一年前發(fā)布了其雷達芯片，據稱(chēng)能夠提供“小于5 cm的分辨率，探測范圍達數百米，速度最高可達300 km/h”。

　　TI雷達和分析處理器部門(mén)總經(jīng)理Sameer Wasson表示，在公司的雷達芯片推出一年后，其團隊在汽車(chē)和工業(yè)應用領(lǐng)域都看到了巨大的應用前景。

　　TI為汽車(chē)市場(chǎng)應用推出的AWR1642毫米波傳感器已經(jīng)大規模量產(chǎn)，Wasson稱(chēng)預計在今年末到2019年中期，將在OEM廠(chǎng)商的車(chē)輛中看到他們的雷達芯片。更讓W(xué)asson興奮的是，他們的雷達芯片在工業(yè)應用領(lǐng)域的表現。TI為工業(yè)應用設計的毫米波傳感器IWR1642，正在尋求各種應用，使它們能夠進(jìn)入從智能建筑到工廠(chǎng)樓層和運輸系統的所有領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域的競爭現狀。

　　Yole射頻器件和技術(shù)部門(mén)技術(shù)和市場(chǎng)分析師Cédric Malaquin表示，其核心在于TI雷達解決方案的集成架構。TI的毫米波傳感器件在一顆單芯片上集成了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(shí)，可以降低器件尺寸、功耗以及雷達芯片的成本。例如，NXP(恩智浦)便率先將MCU集成進(jìn)入了其RF CMOS收發(fā)器中。但是，TI更進(jìn)了一步，將DSP也集成到了同一顆芯片中。

　　Malquin表示，DSP的集成非常關(guān)鍵，它通過(guò)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(lèi)信號處理鏈的核心。

　　確實(shí)，Wasson舉例稱(chēng)TI毫米波傳感器通過(guò)內置的DSP，實(shí)現了物體跟蹤和分類(lèi)，以及人數統計。內置DSP使用戶(hù)能夠將機器學(xué)習推向應用的最前沿。

　　Yole的Malquin補充表示，在一個(gè)組件中集成DSP、MCU和收發(fā)器，帶來(lái)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(hù)可編程的C674x DSP，以及一顆200 MHz用戶(hù)可編程的ARM Cortex-R4F處理器。

　　AWR1642毫米波雷達芯片的高級架構框圖

　　毫米波雷達探尋更廣泛的汽車(chē)應用

　　盲點(diǎn)監測和自適應巡航等基礎ADAS(先進(jìn)駕駛輔助系統)功能已經(jīng)很常見(jiàn)了，利用24 GHz側方雷達和77 GHz前方雷達就可以輕松實(shí)現。Wasson表示對于TI毫米波雷達來(lái)說(shuō)更有意義的是，其應用的快速擴展已經(jīng)遠遠超越了常規的ADAS功能。

　　例如，其毫米波傳感器內置的數字處理功能可以過(guò)濾噪音，使TI的雷達芯片可以探測非常微小的運動(dòng)，甚至是人或動(dòng)物的呼吸，以判斷車(chē)內是否有人或動(dòng)物的存在。

　　Wasson提到“兒童乘坐探測”，很可能將進(jìn)入歐洲NCAP(新車(chē)評價(jià)規程)發(fā)展規劃。他相信這將為T(mén)I雷達傳感器在車(chē)身、傳動(dòng)和車(chē)廂內的應用打開(kāi)大門(mén)。Tier 1和OEM制造商正在尋求合適的傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現這類(lèi)探測，而雷達傳感器在這方面優(yōu)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(chēng)，由于其片上數字信號處理器可以探測心跳，TI的雷達芯片甚至可以分辨人和靜態(tài)的物體(例如行李袋)。

　　顯然，視覺(jué)攝像頭無(wú)法做到這一切。

　　據TI稱(chēng)，除了探測汽車(chē)內部的生命體外，將MCU和DSP納入雷達前端芯片還有助于“檢測車(chē)門(mén)和后備箱附近的障礙物和可開(kāi)啟空間，以及入侵者警報和更智能的自動(dòng)泊車(chē)”。

　　Wasson強調，TI是唯一提供在一顆單芯片上集成前端、DSP和MCU的雷達解決方案的公司，也是唯一一家大規模量產(chǎn)毫米波雷達芯片的公司。Wasson說(shuō)：“我們的競爭對手，其它硅器件供應商在宣傳CMOS毫米波雷達芯片，但是我們還沒(méi)有在市場(chǎng)上看到它們的產(chǎn)品。如果要在2020年的車(chē)輛中看到這些產(chǎn)品，那現在就需要先實(shí)現雷達芯片的大規模量產(chǎn)?！?/p>

　　成像雷達

　　值得注意的是，TI正在將其雷達芯片擴展到成像應用。在傳統的雷達應用中，雷達發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波，接受反射波，然后利用這些信息來(lái)創(chuàng )建物體位置和運動(dòng)的數據。

　　而成像雷達則利用這些反射波來(lái)創(chuàng )建一幅圖像。當無(wú)線(xiàn)電波從物體反射回來(lái)時(shí)，反射波會(huì )根據物體的狀態(tài)而改變，包括無(wú)線(xiàn)電波傳輸的距離，末端物體的種類(lèi)等。利用這些捕獲的數據，計算機便能創(chuàng )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(guò)一款這類(lèi)成像雷達。通過(guò)級聯(lián)4個(gè)單芯片AWR1243雷達前端器件，能夠提供高達1.6°的角度分辨率，并能探測250 m以外的車(chē)輛。

　　Wasson 稱(chēng)，AWR1243中集成的DSP能夠將無(wú)線(xiàn)電波捕獲的數據轉譯為點(diǎn)云圖。

　　TI級聯(lián)雷達傳感器創(chuàng )建的圖像

　　System Plus Consulting(Yole旗下子公司)RF和先進(jìn)封裝部門(mén)項目經(jīng)理Stéphane Elisabeth表示，TI的產(chǎn)品組合中也包括沒(méi)有MCU和DSP的簡(jiǎn)款雷達芯片。他說(shuō)：“相比其競爭對手的產(chǎn)品，其中一個(gè)優(yōu)勢是簡(jiǎn)化的芯片堆棧。事實(shí)上，根據應用(成像、中距離雷達或遠距離雷達)，收發(fā)器可以通過(guò)瀑布效應堆疊(一種級聯(lián)方式)，提供更大更強的傳感性能?！?/p>

　　Elisabeth 補充說(shuō)，TI的雷達芯片采用了標準的FCBGA(倒裝芯片球柵陣列)封裝，帶來(lái)了輸出功率更高的低成本傳感器解決方案。而其競爭對手，則采用了先進(jìn)的封裝技術(shù)，例如eWLB(嵌入式晶圓級球柵陣列)封裝。

　　成像雷達已經(jīng)逐漸成為一項熱門(mén)技術(shù)。其優(yōu)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)、水或墻壁。

　　Wasson稱(chēng)，一大波創(chuàng )業(yè)公司正積極響應Tier 1和OEM廠(chǎng)商發(fā)出的RFQ(采購報價(jià)請求)，積極投身成像雷達的開(kāi)發(fā)。這些創(chuàng )業(yè)公司中包括兩家均來(lái)自以色列的Vayyar Imaging和Arbe Robotics。

　　據麥姆斯咨詢(xún)此前報道，Vayyar Imaging宣布開(kāi)發(fā)出了一款雷達系統，能夠透視墻壁，繪制從單個(gè)物體到整個(gè)工廠(chǎng)樓層的所有圖像。Arbe Robotics則據稱(chēng)在其雷達系統中改進(jìn)了即時(shí)定位和地圖構建(SLAM)算法。其嵌入式處理器中運行的軟件，能夠每秒創(chuàng )建50次點(diǎn)云圖，定位車(chē)輛25次，同時(shí)物體間具有一定的分辨率。

　　但Wasson指出，這兩家創(chuàng )業(yè)公司提供的成像雷達解決方案都在一個(gè)黑匣子中，跟Intel/Mobileye提供給客戶(hù)的視覺(jué)處理解決方案很像。而TI則能根據客戶(hù)需求，提供更加靈活的成像雷達產(chǎn)品解決方案。

　　雷達拓展工業(yè)應用

　　TI很有信心，其毫米波傳感器將改變雷達傳感器的工業(yè)應用。

　　TI稱(chēng)，對于建筑自動(dòng)化，開(kāi)發(fā)商可以通過(guò)使用一款毫米波雷達傳感器，應用“人數統計和跟蹤”參考設計。Wasson表示，“通過(guò)監測采集范圍內人員的大幅和小幅運動(dòng)、速度和角度數據，開(kāi)發(fā)商可以實(shí)現更智能的建筑系統，包括制熱、通風(fēng)和空調(HVAC)、照明、電梯等?！?/p>

　　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(huì )面?！拔覀兊睦走_從包裝盒中拿出來(lái)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?！彼f(shuō)。

　　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傳感器的智能運輸系統來(lái)跟蹤車(chē)輛和機械運動(dòng)。同樣，雷達還可以用于工廠(chǎng)或農場(chǎng)，簡(jiǎn)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(hù)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(hù)案例。

　　供貨與售價(jià)

　　以下兩款毫米波雷達傳感器已經(jīng)規模量產(chǎn)，可通過(guò)TI商店和授權分銷(xiāo)商采購。

　　AWR1642，訂貨量1000顆的售價(jià)為45美元/顆;

　　IWR1642，訂貨量1000顆的售價(jià)為19.99美元/顆。