ADAS要求再升级，TI第二代单芯片毫米波雷达抢先机

2020年11月，随着发布《智能汽车发展路线图2.0》，中国于2021年正式进入自动汽车的元年，大量车厂推出的新车中，绝大多数都带有自动驾驶或辅助驾驶功能。同时，随着对于安全性重视，车厂越来越多的提供包括图像传感器和毫米波雷达在内的多种传感器融合ADAS方案。

德州仪器（TI）中国区汽车业务部总经理蔡征表示，自动驾驶带来新机遇的同时，还存在四方面的挑战，首先是国家法规的约束，二是功能安全的要求，三是产品上市周期，四是系统的成本性价比。

如何应对ADAS的四大挑战

TI从四十年前的气囊及车身稳定系统开始，一直在从底层支持安全的汽车驾驶。而现在，随着ADAS系统已经从豪华型轿车向中档甚至入门级轿车过渡，TI正在努力通过半导体技术，让电子系统更加经济实用，以使更多人享受到科技的福祉。

蔡征介绍道，针对ADAS主动安全应用，TI可以提供三方面的产品方案，包括感知（毫米波雷达传感器），处理（TI高性能TDA4x汽车处理器）以及通信（SerDes）等三方面的技术，此外还有支持各部分系统工作的高效电源，从而为客户提供较为完整的解决方案。

如TI市场高级副总裁Keith Ogboenyiya在《半导体技术加速汽车技术未来发展的7种方式》中，有三项是与安全息息相关的趋势，具体包括了：

FPD-link 串行器和解串器可在汽车系统内传输未压缩的视频数据，从而可为自适应驾驶辅助系统和显示屏部署更高分辨率的摄像头。

符合汽车标准的 IC 产品系列（包括高精度雷达 SoC、功能强大的处理器和可靠的电源管理产品）可帮助构建高性能 ADAS。

TI拥有品类齐全的符合汽车标准的 IC 产品系列，并提供相关的功能安全文档，可帮助工程师实现其系统所需的汽车安全完整性等级，从而提供更安全的驾驶体验。

蔡征表示，TI在汽车领域最大的优势是拥有广泛的产品线，目前已经接近8000种产品，并且以每年数百种的产品在增长。此外，为了满足汽车产业对于芯片的需求量激增这一事实，TI正在进行紧锣密鼓的产能扩充计划。

TI升级单芯片毫米波雷达产品

蔡征还介绍了联合国在《第79号条例》中做了新的规定，明确了新机动车对于ADAS转向系统安全的新要求，这一部分更新内容，具体可以参考Bhavin Kharadi等人在《ADAS工程师需了解的新NCAP雷达要求》一文中所述，总的来说，指定了雷达在盲点检测和车道变换辅助中的最小距离和最低运行速度，这给雷达射频芯片带来了新要求，分辨率，探测距离，处理速度，处理精度等技术指标都要进一步提升，同时还要兼顾功能安全的因素。

TI最新推出的第二代77 GHz单芯片毫米波雷达AWR2944，是业界首款单芯片角雷达传感器，可帮助汽车制造商满足这些安全法规，同时以小巧的外形（尺寸比目前的毫米波雷达传感器小约30%）提供出色的射频性能。AWR2944传感器集成四个发送器，比现有的毫米波雷达传感器分辨率高33%，可使车辆更清晰地探测障碍物并避免碰撞。

TI中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏详细介绍了AWR2944的优势。

首先，还是回顾一下TI毫米波技术的发展历程，2010年立项，由TI久负盛名的基尔比实验室开始做前期开发。2015年正式推出首款单芯片CMOS毫米波雷达收发器，2016年正式推出集成数字与射频功能的SoC，并于2017年量产。而现在时隔5年后，第二代芯片正式发布。

如图所示，目前TI的毫米波雷达已经涵盖丰富的产品组合，不同的射频频率，不同的收发器数量，不同的集成度，从而应对各类场景。

AWR2944

AWR1843

大体来看，该系列器件包括四个主要模块：射频/模拟前端子系统，BIST子系统，DSP子系统和主控子系统，通过CMOS工艺，可以使包括模拟、射频以及数字处理在内的全部组成高度集成化，这四部分中，有三部分子系统实现了重要更新。

在这其中，射频/模拟前端子系统，包括射频和模拟电路：合成器，功率放大器（PAS），低噪声放大器（LNA），混频器，中频（IF）链路和模数转换器（ADC）。该子系统还包括晶振，温度传感器、电压监视器和通用ADC。AWR系列器件使用一种复杂的基带架构，可以提供同相（I通道）和正交（Q通道）输出。与上代产品相比，发送接口增加了一个，从而达到了4发4收，最高实现0.1°的角分辨率，以满足角雷达安规的新要求。

闭环锁相环（PLL）可实现0.0001%的线性和高精度调频，有助于提高范围精度。
调频带宽由4GHz提高到了5GHz，从而能够更精准地探测到厘米级范围的物体。
复杂的接收器架构能够在稠密的传感器环境中实现人为干扰或非人为干扰的探测。

内建自测试子系统，又称为BIST子系统，包括数字前端，斜坡发生器和一个用于控制和配置低级射频模拟电路以及斜坡发生器的寄存器的内部处理器。（注意：该处理器是TI编程的，可以满足RF校准需求和BIST /监视功能，但它不能直接提供给用户使用。）数字前端负责滤波和抽取原始ADC输出，并以可编程的采样率提供最终的ADC数据采样。

DSP子系统包括一个时钟频率为360MHz的TI C66x DSP ，用于雷达信号处理，通常是处理原始的ADC数据。该DSP是用户可编程的，并且在使用时具有完全的灵活性。相比之前的C674x DSP，性能更强，并且能效比更好。蒋宏指出，随着毫米波雷达技术的不断发展，很多算法日趋成熟，也正因此AWR2944集成了全新的硬件加速器2.0版本，可以实现更高效地雷达预处理。除此之外，雷达数据的存储空间也增长了一倍，至2.5MB，从而满足更高的数据需求。

完全可编程的DSP可以使客户能够实施专有算法并构建创新的解决方案，以解决雷达性能方面的难题。 围绕算法的研究不断进步，可以提高几个关键领域的性能，例如：

缓解干扰：随着越来越多的车辆采用雷达技术，雷达之间的干扰问题变得越来越严重。在这种情况下，用于检测和缓解干扰的创新算法是研究和信号处理算法开发的活跃领域。

改进检测算法：雷达的新兴应用，包括全自动驾驶的终极视野，因此需要与目标检测，地面杂波去除和最小化错误检测相关的改进算法，以确保稳定性。

高分辨率角度估计：与雷达相关的主要挑战之一是受限的角度分辨率。超越传统波束成形的几种先进的角度估计算法可以改善角度分辨率，其中包括通过旋转不变技术（ESPIRIT）进行信号分类（MUSIC）和信号参数估计。

聚类和目标分类算法：这是研究和算法开发的另一个活跃领域，尤其是需要使用高分辨率的雷达点云和使用微多普勒技术识别行人的目标分类算法。

主控子系统包括主频为300MHz的ARM的车规级Cortex-R5F处理器，这是用户可编程的。该处理器控制器件的整体操作，处理通信接口，并且实现更高层的算法，例如目标分类和追踪。该处理器还可以运行AUTOSAR系统。支持锁步计算的功能安全型MCU，同时自带HSM，并配备了更大的RAM，使控制器更强大更安全，从而满足更严苛的车规级功能安全及信息安全要求。并且，为了配合域控制概念，新增加了以太网及CSI2接口。

芯片整体封装尺寸为12 mm × 12 mm，相比目前同级别的毫米波雷达尺寸小1/3，并采用车用流行的flip chip BGA封装，组装简单，散热及EMI性能更好。

蒋宏表示，“此外，这款新型传感器独特的硬件配置可提供基于多普勒分多址技术(DDMA)的信号处理能力，从而可在探测距离比之前远40%的条件下感知迎面驶来的车辆。”

蒋宏补充道，TI的毫米波雷达传感器内建了多种自校准模块，可确保在任何电压，任何温度条件下精准工作，从而实现更好的鲁棒性。

除了芯片之外，TI还提供了SafeTI设计套件的一部分，可帮助开发人员在其应用中实现ISO26262 ASIL B芯片级功能安全以及ASIL D系统级安全。

中国成为毫米波雷达最大市场

伴随着全球汽车产销最大国，目前我国的汽车产业也随之进行着迅速升级，电动化、电气化及自动化的发展位居世界前列，相信不久后我国将成为全球最大的前向雷达市场。

同时，毫米波雷达技术也在快速演进，蒋宏预计传感器融合将从如今的5毫米波传感器，演进至8个，TI高集成度，高性价比的产品非常适合这一市场趋势。

为了更好的服务中国客户，TI官网提供了详细的产品资料，SDK开发工具，开发板，培训资料，连续统一的代码体系，工程师社区等等一系列支持。“有些客户可能会觉得DSP上手难，但是经过几个月的熟悉之后，也会很快上手。同时TI产品始终秉承着兼容与传承，客户忠诚度会更好。”蒋宏说道。

“TI始终同Tier1及OEM保持着密切的联系和配合，不断探讨中央网关及自动驾驶的新架构，以及车内总线系统的升级，通过新技术满足市场需求。”蒋宏表示。

如TI官网所示，包括傲酷、D3、Inzinious等公司，都加入了TI毫米波生态系统，提供从评估到Turnkey再到量产的一站式第三方服务网络。

面向更广阔的应用

蔡征表示，目前级联型毫米波雷达技术还没有得到充分发展，相信随着毫米波射频前端的发展，智能化还将有新的发展空间。

其次，AOP（Antenna on Package）也是毫米波雷达发展的又一大创新之举。蒋宏表示，由于AOP技术集成度更高，设计较为便捷，因此深得厂商欢迎，但是由于其天线尺寸受限，主要应用在一些大视角短距离的应用中，比如在泊车辅助等应用中替代超声波雷达应用。

DMS（Driver Monitor System驾驶员监测）系统则是近年来又一新增的热门安全标准，毫米波雷达通过厘米级监测水平，不光可以检测出人员存在，还可以监测人体的呼吸及心跳，从而更准确地判断出生命健康特征。

此外，包括婴儿遗留车内检测、后备厢自动打开等应用都已经采用了TI的毫米波传感器，而随着第二代毫米波雷达的发布，通过更精准的识别及更高的处理性能，可以将隔空手势识别等更多功能添加至车辆中。

除汽车之外，TI也正在将毫米波雷达技术引入更广阔的工业市场应用中，包括电子围栏、AGV导航、人员检测等应用，从而不断扩大毫米波技术的市场应用。

正如Keith所说，众所周知，汽车行业发展迅猛，今天的尖端技术明天就有可能过时。半导体技术帮助汽车制造商消除障碍、降低成本和复杂性，并满足安全要求，从而创造出符合未来要求的汽车。