可用于L3自動駕駛,TI 77GHz毫米波雷達單芯片方案揭秘

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2022-09-08

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國際電子商情

毫米波雷達憑借可穿透塵霧/雨雪、不受惡劣天氣影響、可全天候全天時工作等特點,正跻身爲ADAS的核心傳感器之壹。據第三方市調機構數據顯示:2020年中國車載毫米波雷達市場規模達36億人民幣,預計未來幾年內,我國車載毫米波雷達將以40%的增長率快速增長。

近日,德州儀器(TI)發言人向《國際電子商情》等媒體,分享了其ADAS領域最新産品AWR2944毫米波雷達芯片,這是TI的第二代毫米波雷達單芯片,工作頻段爲77GHz,適用于自適應巡航、自動緊急刹車、向前碰撞預警等場景。

車載毫米波雷達未來可期

毫米波雷達的工作波段壹般爲30GHz-300GHz,波長介于微波和厘米波(1mm-10mm)之間,兼具微波雷達和光電雷達優勢。從應用頻段來看,成熟商用的車載毫米波雷達主要有兩類:24GHz(MRR,短中距離雷達)和77GHz(LRR,長距離雷達)。其中,24GHz MRR探測距離在70米以內,適用于盲點監測(BSD)、變道輔助、自適應巡航(ACC)、自動緊急刹車(AEB)等場景;77GHz LRR探測距離爲數百米,主要應用于自適應巡航、自動緊急刹車、向前碰撞預警(FCW)等場景。


本質上,24GHz産品與77GHz産品區別不大,但後者的體積小、功耗低、帶寬高、分辨率好、探測距離遠,被認爲是未來汽車毫米波雷達的主流方向。目前,國內車載毫米波雷達産品以24GHz頻段爲主,其供應鏈已經相對成熟,市占率達到了50%以上。


《國際電子商情》記者注意到,2021年12月6日,工信部引印發了《汽車雷達無線電管理暫行規定》,該規定明確指出“爲推動汽車智能化技術應用和産業發展,將76GHz-79GHz頻段規劃用于汽車雷達”。該規定也申明,從2022年3月1日正式實施起“將不再受理和審批24.25GHz-26.65GHz頻段汽車雷達的無線電發射設備型號核准申請”。這意味著,77GHz車載毫米波雷達在中國汽車市場未來可期!


另據第三方市調機構數據顯示:2020年中國車載毫米波雷達市場規模達36億人民幣,預計未來幾年內,我國車載毫米波雷達將以40%的增長率快速增長。不過,我國毫米波雷達國産替代空間較大,市場份額主要被國際廠商占據,當前國産毫米波雷達約占20%-30%的市場份額。對國際毫米波雷達供應商而言,中國是壹個極具潛力的市場。

TI可提供全套ADAS方案

正如上文所述,受極好的市場前景所吸引,國際毫米波雷達參與者更重視中國市場,而TI就是其中的壹家。近日,TI面向中國市場推出了毫米波雷達芯片AWR2944,這是全新的第二代毫米波雷達單芯片。據德州儀器中國區汽車業務部總經理蔡征介紹,這是壹款77GHz 的毫米波雷達芯片,在工作時信號可從芯片輸出,通過高速信號鏈路解決方案,再回到處理器。

可用于L3自动驾驶,TI 77GHz毫米波雷达单芯片方案揭秘

“2021年被視爲中國汽車自動化的元年,許多整車廠推出了自動駕駛/輔助駕駛車型,市場上出現百家爭鳴、百花齊放的局面。” 蔡征解釋說,ADAS的發展趨勢由三大方向主導:壹是相關法規,包括了新車評價規程(NCAP)、聯合國第79號條例等等;二是汽車架構,好的架構能縮短新車上市的時間,爲車企節約成本;三是新興傳感技術的應用,包括60GHz/77GHz毫米波雷達在駕駛疲勞檢測系統(DMS)、自動輔助泊車場景上的商用。

以下幾點信息,可突顯自動駕駛、輔助駕駛的重要性:

  • 世界衛生組織發布的《2018年全球道路安全現狀報告》顯示,全球每年因交通事故致死人數達到了135萬人;

  • 美國聯邦公路管理局(FHWA)估計,有50%以上的交通傷亡事故發生在十字路口或附近區域;

  • 中國最新人口普查數據顯示:截至2020年,全國共有91個人口超過500萬的城市,中國也是百萬人口城市最多的國家;

  • 聯合國第79號條例明確了新的機動車輛安全要求和新車評價規程(NCAP)標准——汽車制造商必須改進其ADAS的轉向系統,以實現支持智能輔助和自動駕駛的功能。

對此,蔡征強調說:“TI已經在自動駕駛、輔助駕駛領域耕耘十余年,産品涵蓋了自動駕駛的各個領域,可幫助客戶和Tier 1廠商快速設計出符合法規和自身系統要求的産品。”據了解,TI推出的ADAS系統相關的産品有三類:首先是感知類,包括了毫米波雷達産品,它能把車外情況、車內駕駛員狀況信息數字化,並把這個信息傳遞給系統中的處理器。其次是處理類,TI在汽車處理器方面,積累了超過10年的經驗,經曆了TDA2x、TDA4x等産品的叠代。再次是通訊類,感知能力的提升增加了對數據吞吐量的要求,而傳感器端(攝像頭、毫米波雷達)收集的信息,通過高速信號鏈路來傳遞至處理器,TI可提供加串/解串産品,滿足自動駕駛系統對數據吞吐量的需求。

可用于L3自动驾驶,TI 77GHz毫米波雷达单芯片方案揭秘

針對汽車攝像頭和雷達應用的供電系統,TI還可以提供整套電源管理解決方案。AWR2944在設備安全和電源管理上都做了更新:在設備安全上,AWR2944內嵌了功能安全模塊,內置R5F,有專門的內存、輸入輸出接口以及壹些代碼硬件。在電源管理上,基于AWR2944的單芯片方案集成了RF和RAM控制,本身RF、RAM的數據交換效率非常高,因此在整體能耗比上有很好的表現。

AWR2944單芯片方案的性能優勢

自動駕駛系統可分爲三個部分:壹是感知,利用雷達、傳感器技術,感應車外圍道路的情況;二是決策,通過處理器對數據進行分析,給自動駕駛的決策機制提供控制策略;三是控制,通過主機來完成對整個車體的控制,從而實現規避風險的目的。隨著自動駕駛系統功能不斷提升,它對感知精度也提出了更高的要求。蔡征透露說,這也是TI研發AWR2944的原因之壹。


關于AWR2944的性能、參數,德州儀器中國區嵌入式産品系統與應用總監蔣宏做了詳細介紹:“我們在2020年12月推出了第二代前級芯片AWR2243,經過客戶的評估、測試、采用之後,AWR2243得到了很高的評價。現在,我們又推出第二代單芯片AWR2944,它符合AEC-Q100認證、ASIL-B級標准,與前壹代産品相比,在很多方面都有升級。”


根據蔣宏的介紹,AWR2944雷達系統尺寸縮減了30%;AWR2944支持4個發射器和4個接收器,它的分辨率比AWR2243有所提升;AWR2944的RF綜合性能比AWR2243提升了50%;AWR2944內置了DDMA、C-PHY等硬件加速單元,可提升40%的雷達探測距離;AWR2944也增加了內存、升級了處理器內核,能夠內置更多高級算法,爲客戶的角雷達、前向雷達帶來性能升級。


現在已經有車企把AWR2944使用在L2、L2+系統的角雷達、前向雷達中,以適應盲點監測系統(BSD)、自動緊急制動系統(AEB)應用。由于AWR2944支持4個發送器和4個接收器,當FOV(視場角)收斂時可精准探測前向目標,所以它還能被用作前向雷達。當然,如果汽車系統提升到L3、L4,AWR2944也可配合其他雷達,來作爲毫米波傳感器來使用。另外,AWR2944也可滿足駕駛艙內的應用。目前,TI的60GHz毫米波雷達産品專注于智能座艙場景,可實現駕駛員體征檢測、手勢識別應用。

可用于L3自动驾驶,TI 77GHz毫米波雷达单芯片方案揭秘

由于77GHz的毫米波雷達的體積小,所以它的線路板面積很小,導致雷達射頻線路設計難度交稿,成片成品率也較低。如前文所述,AWR2944雷達系統的體積縮小了30%、分辨率提升了33%、探測距離提升了40%,而TI究竟是如何解決射頻線路設計問題和成品率問題的?


蔣宏回複說,射頻線路和成品率其實是多方面的考量,天線設計是非常專業的領域,它不光是涉及到理論問題,也涉及到線路仿真測試、材料、工藝、做板等方面,以上這些都需要非常專業的技術積累,值得高興的是,現在整個産業生態在這方面正快速進步。


再回到TI本身,TI可以協助客戶解決射頻線路設計問題。因爲TI的芯片內部有非常多的自校准模塊,例如車載雷達對工作溫度的要求嚴格,汽車可能會行駛在低于-20℃或高于60℃的戶外。針對嚴苛的工作溫度要求,TI的IC有很多片內/片上/開環自校准,許多環節可環環相扣,確保産品的穩定性,這也能提升終端産品的成品率。

TI針對汽車、毫米波雷達的規劃

從ADAS到自動駕駛,從L1-L5都需要法規先行,傳感器的發展也需順應相應的法規。自動駕駛汽車在對感知提出高要求的同時,也對傳感器提出了“全天候工作”“探測距離更遠” “感知信息維度更多/更精准”的要求。此外,在汽車領域也出現了智能化、傳感器融合等趨勢。


蔣宏認爲,客戶的實際需求也對傳感器的發展起到了至關重要的左右。“帶ADAS功能車壹般會配置5R1V(5個毫米波雷達,1個視覺傳感器),未來可能會配置8R(8個毫米波雷達),甚至還有更高的要求。衆多雷達、傳感器的加持,也促使整車廠考慮性價比問題。


蔡征說,TI在宏觀方面的方向壹直不會變。首先,TI在汽車領域擁有廣泛的産品線,到現在有近8000個汽車産品,每年會推出數百個新品,這是TI壹直會堅持的事情。其次,TI在2021年公布了産能擴充計劃,這些産能將保障TI汽車芯片的供應。再次,由于中國的新興市場在快速拓展,TI會與頭部Tier 1廠商壹直保持聯系。“中央網關、自動駕駛等領域構建新的架構,是我們與國內車廠配合的方向。另外,我們也看到了車內通信升級換代需求,它對于通信速率的吞吐容量、傳輸效率的有效性都提出了苛刻的要求,TI通過新産品的發布來增強對相關市場的支持。”最後,智能化趨勢帶來新的機會,比如智能LED大燈不僅具備照明功能,還具備人機交互功能,TI也在與頭部客戶探討和規劃相關領先設備和創新應用。


自2021年開始,中國市場的前向雷達增長非常快。很多咨詢公司預測表示,到2023年,中國會成爲全球最大的前向雷達市場。TI的很多客戶開始基于AWR2243芯片,做2片級聯、4片級聯4D成像雷達,這種雷達保持了毫米波對測距測速的精准度,也在角度分辨率方面也有極大提升。


此外,也會有很多應用在攝像頭和毫米波方面做數據融合,從傳統的後融合、結果融合,到混合式融合、前融合。TI在第二代毫米波雷達增加了高速輸入輸出接口,其中AWR2243已經量産,AWR2944正式推出。蔣宏透露,AWR294x是壹個家族,未來會推出更多不同配置的版本。“後續再推出幾個更有性價比的産品,這也是我們規劃的路線圖之壹。TI也在規劃第三代毫米波雷達,隨著開發進展的深入,未來會向大家分享更多新品。”