毫米波雷達卷向“單芯片”戰場|天天快播

汽車市場變化有多快？日新月異，還是翻天覆地。

傳統生產與制造工藝不斷受到挑戰，代表未來的智能科技則無孔不入，滲透進現代汽車的每一個角落。而這些變化，又帶來了一波又一波的技術革新。毫無疑問，雷達行業也正身處其中。

近年來，車載毫米波雷達市場迎來了兩個重要趨勢：24GHz雷達向77GHz雷達升級，且份額逐漸萎縮；另一邊，SiGe工藝朝著RFCMOS的方向轉型。

(相關資料圖)

技術路線和工藝轉變的最根本原因，源于市場可觀的需求。據Yole Développement預測，全球毫米波雷達市場規模將從2022年的18億美元，增加到2025年的30億美元，年復合增長率約18.56%。

越來越多的車輛裝配毫米波雷達，同時自動駕駛等級提升，單車雷達使用量將明顯增加。不僅如此，對于性能更高的4D成像毫米波雷達，其所需的半導體價值量也會更多。

而如何在不犧牲性能并滿足車企降本要求的前提下，實現更多雷達上車，已是汽車產業鏈的重要課題。

性能與成本的“既又也還”

Yole Développement；恩智浦預估值

舉個例子，角分辨率不足一直以來都是毫米波雷達的性能短板。對4D成像雷達來說，一個解決方案是，通過前端射頻芯片MMIC級聯提供更多的天線虛擬通道，從而增加分辨率。

不過，這就帶來了許多問題，比如級聯之間的同步信號要做到始終同步，甚至阻抗要完全一致。對于精度、功耗、設計復雜度以及雷達尺寸都構成了不小挑戰。此外，這里面也涉及到一個關鍵問題——成本。

可以明顯看到，無論是前向雷達還是角雷達，都面臨著半導體進一步集成的問題。眼下，角雷達領域已經出現單芯片的集成方案，即所有射頻和工藝在一顆芯片中實現。

“2025年以后，單芯片將成為角雷達領域的主導方案。”恩智浦半導體執行副總裁兼射頻處理業務部總經理Torsten Lehmann如此表示。

從行業數據來看，毫米波雷達的核心元器件包括MMIC、雷達專用處理器、PCB等，這三部分占BOM的比重分別為20%、30%、10%。單芯片由于集成度更高，一定程度上能夠減少額外的BOM成本。

另外，相比套片方案，單芯片雷達可以有效減少PCB面積，簡化設計并加速產品推向市場的時程。更重要的是，由于節省了外圍器件和射頻傳輸線路所占據的空間，單芯片方案可以滿足雷達小型化的設計需求。

圖片來源：恩智浦

CES 2023上，恩智浦首度展示了其4R4T單芯片雷達解決方案SAF85xx，基于28nm工藝打造，集成收發器、處理器、內存、安全模塊和通信接口，封裝尺寸僅有指甲蓋大小，檢測距離超過300米。

當然更加重要的是，工藝的持續演進仍是雷達芯片降本的第一個大前提。

MMIC芯片從GaAs到SiGe，再到目前的RFCMOS，使得整體系統成本得以持續下探。據悉，恩智浦在第四代雷達芯片推出之際就過渡到了RFCMOS技術，對于第六代產品，RFCMOS也將進一步提升系統的集成度并降低系統成本。

單芯片雷達方案的“甜蜜期”

但實際上，單芯片雷達方案仍然存在許多挑戰。

要知道，77GHz的波長不足24GHz的三分之一，收發天線面積大幅減小，雷達體積可以更小。但也正因如此，射頻線路的設計、PCB制版的難度較大，最終影響到芯片的成品率。

Torsten Lehmann進一步指出，77GHz單芯片中要布置天線，但又要很好地控制干擾。原因在于，芯片集成了模擬前端，在實現高性能的同時，其敏感性也非常高。另外，處理器的噪聲非常大。這些都需要企業具備非常專業的技術積累。

對于想要進行內部開發的Tier1或者OEM來說，射頻相關專業知識是不可或缺的。尤其77GHz雷達芯片的設計上，射頻和天線的設計人員需要具備相關領域經驗。另外，處理器的設計也要有相關能力或者具備微處理器和雷達的相關經驗。此外，信號處理算法等知識也不能少。

總體上，單芯片雷達方案有著一定的專利和技術壁壘。但恩智浦不是第一家推出單芯片方案的供應商，譬如德州儀器從一開始便采用了RFCOMS技術制造集成DSP的單芯片產品，然而到目前為止，單芯片方案還沒有成為市場主流。

圖片來源：Design-Reuse

對此，Torsten Lehmann稱，在雷達芯片早期發展階段，市場需求一度變化。這個變化的過程中，共經歷了7代產品。對于輸出、噪聲、探測距離和發射器、接受器的數量，市場需求一直是在變化的，并不是處于一個非常穩定的狀態。這也是，恩智浦最早將處理器和MMIC芯片相分開的原因之一。

而現階段，單芯片雷達市場的成熟度和穩定性基本上得到了確認。同時在恩智浦看來，單芯片的雷達芯片，需要選擇最好以及最合適的技術節點。比如28nm，就是一個最好的、所謂的“甜區”，在性能、工藝和集成度上都是較合適的選擇。

不同于過去大部分雷達都采用芯片組，單芯片的方案正慢慢滲透進汽車領域。盡管如此，考慮到分辨率等要求，高端4D成像雷達仍會繼續使用芯片組。當然，也不排除未來可以在單芯片中集成更多虛擬通道的可能。

4D成像雷達是下一個戰場？

技術路線與工藝的迭代，也讓我們看到，車載毫米波雷達的發展潛力。毫米波雷達因其全天候、同時不受雨雪霧等天氣影響的屬性，被視為是高階輔助駕駛的“標配”傳感器。

業內有一種觀點是，4D成像雷達有望取代一部分激光雷達的市場份額。

在某些應用中，一些高端4D成像雷達的性能表現要優于激光雷達，而成本較后者更低；此外，激光雷達往往會有一些機械元器件，顯得十分笨重。

但在恩智浦看來，高級別的自動駕駛，成像雷達和激光雷達之間并不存在替代與否的關系。L3及以上級別的自動駕駛車輛，應當有這三種不同的感知體系，有毫米波雷達、攝像頭、激光雷達，多模態的傳感器可以實現互相補充、冗余的功能，從而確保最高的安全性。

圖片來源：鐳神智能

說到底，低端市場由成本驅動，高端市場則由性能驅動。不過在以L2+為代表的市場上，4D成像雷達的性價比會更加明顯。因而近日，恩智浦和蔚來也官宣兩家公司將就高端4D成像雷達系統展開合作。

不過，4D成像雷達有一個突出問題需要解決。

比如，在高速公路上，行車后方有一輛卡車和一輛兩輪車。卡車含金屬量很大，所以對雷達發出的無線電波的反射能力非常強，但兩輪車的體積很小，所含金屬量也非常小，它反射的無線電波的能力就非常弱。這時，如何很好地探測到遠距離的這兩個行駛速率不同的物體，同時如何進行區分，是一個挑戰。

“好消息是單芯片方案，通過提高分辨率以及物體之間的區分能力，能夠解決這樣一個挑戰，從而實現更遠距離的探測。”Torsten Lehmann認為，未來的成像雷達技術可以非常精準地實現4D環境映射，實現接近激光雷達的分辨率，同時針對周邊環境形成點云圖，實現清晰的感知。

寫在最后

4D成像雷達市場剛剛起步，今年會有更多的產品等待交付。如果站在智能汽車產業的發展角度，無論從更集成的單芯片，還是更優的生產工藝來看，毫米波雷達都亟需找到成本與性能之間的平衡點。畢竟，汽車市場變化實在太快了。