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汽車市場對供應(yīng)商的要求一直很高。OEM廠商為了實現(xiàn)ADAS和自動駕駛技術(shù)，希望相關(guān)傳感器在提升安全性的同時，尺寸能夠更小、速度更快且成本更低。通常，ADAS包括多種安全功能，例如自動緊急制動、車道監(jiān)測以及障礙物警示等。

雷達(dá)，是一種障礙物探測技術(shù)，用于汽車盲點探測及其它安全功能。“近年來，雷達(dá)模組的尺寸獲得了大幅縮小，其散熱要求也越來越高，”NXP（恩智浦）產(chǎn)品線經(jīng)理Thomas Wilson說，“市場對雷達(dá)性能的要求越來越高，而尺寸要求不斷縮小，因此成本壓力越來越大。”

目前，汽車中應(yīng)用的雷達(dá)模組是相對比較笨拙的系統(tǒng)，包含了多個基于不同工藝的芯片。因此，為了追求更小的尺寸和更低的成本，Infineon（英飛凌）、NXP（恩智浦）、Renesas（瑞薩）以及TI（德州儀器）正在開發(fā)在同一個器件上整合多個元件的集成雷達(dá)芯片組。

盡管這些雷達(dá)芯片組可以針對多種不同的ADAS應(yīng)用，但是，它們也代表了一種新的設(shè)計趨勢。IC制造商將不再采用多種不同的工藝來制造各種芯片，而是采用45nm和28nm的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝來集成雷達(dá)器件。當(dāng)然，其它可選工藝還包括22nm體硅工藝和FD-SOI（全耗盡型絕緣硅）工藝。

實現(xiàn)ADAS和自動駕駛的另一種核心技術(shù)，激光雷達(dá)（LiDAR），是一種利用脈沖激光來測量目標(biāo)距離的技術(shù)，也正從笨重的機械旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，向集成更多元件、尺寸更小的固態(tài)單元發(fā)展，以降低高昂的制造成本。

雷達(dá)業(yè)界正在開發(fā)下一代高分辨率雷達(dá)，以期替代昂貴的LiDAR，不過，LiDAR開發(fā)商也并沒有閑著。

事實上，目前并沒有任何一種技術(shù)能夠滿足所有ADAS或自動/無人駕駛要求。如今，有些汽車已經(jīng)集成了先進(jìn)的視覺系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)。接下來，它們或許還會裝配LiDAR，這意味著視覺系統(tǒng)、雷達(dá)和LiDAR技術(shù)將在一定時期內(nèi)和諧共存，共同實現(xiàn)汽車ADAS及未來的自動駕駛功能。

每一種技術(shù)都有其優(yōu)勢和短板。“LiDAR相比視覺和雷達(dá)，是一種昂貴得多的傳感器系統(tǒng)，但是，它在目標(biāo)識別方面精度更高。不過，LiDAR在雪、雨、霧等惡劣的氣候條件下也有其局限性。” Semico Research公司總裁Jim Feldhan說，“雷達(dá)似乎不太會受到天氣條件的影響，但是雷達(dá)無法像LiDAR那樣精確的確定目標(biāo)物體的尺寸和形狀。”

共同的目標(biāo)：安全性更高的汽車

為了制造安全性更高的汽車，汽車制造商急需這些專門針對車輛安全性的環(huán)境感知技術(shù)。據(jù)美國國家高速公路交通安全管理局統(tǒng)計，94%的嚴(yán)重車輛事故都是由于駕駛員的操作失誤而造成的。

為此，近年來汽車產(chǎn)業(yè)為車輛配備了越來越多的主被動安全功能。據(jù)NXP的Wilson介紹，目前產(chǎn)業(yè)正朝著兩條殊途同歸的路徑發(fā)展，即新車評價規(guī)程（NCAP）和自動駕駛技術(shù)。

近年來，亞洲、歐洲和美國推出了各自的NCAP指南。在這些新車評價規(guī)程中，汽車經(jīng)過相應(yīng)測試，基于車輛安全性給予星級評價。五星評價為最高等級，一星則最低。

“這種五星評價體系對車輛銷售產(chǎn)生了巨大影響。越來越多的消費者傾向購買擁有五星評價的車輛，因為這類車輛的安全性更高，并且，保險費用也更低，”Wilson稱。

每個主要地區(qū)都有自己的NCAP標(biāo)準(zhǔn)。但簡單來說，基本的NCAP標(biāo)準(zhǔn)都包含了多種ADAS技術(shù)，例如自適應(yīng)巡航控制、自動緊急制動、并線輔助、車道保持等。

NCAP及自動駕駛趨勢

自適應(yīng)巡航控制，能夠幫助汽車在車流中，自動調(diào)整車速、保證與前車的安全距離，進(jìn)行自動巡航。自動緊急制動功能，能夠在車輛感知到有可能發(fā)生碰撞事故前，自動進(jìn)行車輛制動。

車道保持功能，能夠幫助車輛保持在一個車道中巡航行駛，避免不安全的車道變更。而并線輔助功能，能夠在車輛轉(zhuǎn)彎或變換車道時，探測后方或側(cè)方是否有車輛等障礙物，向駕駛員發(fā)出警示或制動車輛。

NCAP發(fā)展路徑圖推動了在汽車中集成更多的傳感器。“例如，自動緊急制動功能，即需要攝像頭，也需要雷達(dá)傳感器，” GlobalFoundries（格羅方德）汽車事業(yè)部副總裁Mark Granger說，“這種技術(shù)已經(jīng)開始從超豪華汽車，下放到更多的中端車型中。”

除了NCAP之外，汽車制造商還朝著包括自動駕駛汽車在內(nèi)的另一條道路發(fā)展，自動駕駛技術(shù)也在推動攝像頭、LiDAR和雷達(dá)的需求增長。盡管，十年或更久之內(nèi)，全自動駕駛汽車并不會成為市場主流。

L3/L4級自動駕駛架構(gòu)

任何一種ADAS技術(shù)或自動駕駛技術(shù)都僅是實現(xiàn)自動駕駛架構(gòu)的一部分，它們必須能夠無縫銜接地協(xié)同工作。

“例如，應(yīng)用日益增長的V2V（車輛與車輛的互聯(lián)）以及V2X（車輛與萬物的互聯(lián)），意味著需要更多的車載雷達(dá)系統(tǒng)，”UMC市場部副總裁Steven Liu說，“這些系統(tǒng)還需要其它技術(shù)提供支持，包括汽車防碰撞雷達(dá)，全球定位系統(tǒng)，與交通信號燈及車輛調(diào)度進(jìn)行識別和交互的傳感器等。這些系統(tǒng)都需要與車輛現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，如駕乘舒適及娛樂控制系統(tǒng)，以及控制溫度、胎壓及燃油的引擎監(jiān)控子系統(tǒng)等。”

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據(jù)麥姆斯咨詢報道，汽車制造商同時采用多種方案來實現(xiàn)ADAS。例如，Tesla（特斯拉）生產(chǎn)的車型搭載了8個攝像頭，12個超聲波傳感器和雷達(dá)。超聲波傳感器利用聲波來測量車輛與物體之間的距離。

Tesla目前還沒有采用LiDAR，是因為LiDAR技術(shù)成本太高昂。其它正在開發(fā)自動駕駛汽車的廠商，或?qū)⒃谄滠囕v中同時應(yīng)用攝像頭、雷達(dá)和LiDAR。

不管在那種方案中，先進(jìn)的視覺系統(tǒng)都是實現(xiàn)自動駕駛的核心部件。“近年來，基于攝像頭的傳感器已經(jīng)能夠提供廣泛的測距功能，例如路標(biāo)探測、車道偏離預(yù)警、遠(yuǎn)近光控制、泊車輔助以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等，”TowerJazz公司CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部高級副總裁兼總經(jīng)理Avi Strum說。

大陸MFC430TA、采埃孚-天合S-Cam 3和博世MPC2汽車ADAS攝像頭對比分析，圖片引自《大陸汽車ADAS攝像頭：MFC430TA》

但是，攝像頭仍無法提供所有的安全功能。“事實上，Mobileye等廠商堅信，僅憑基于攝像頭的傳感器便能提供完整的ADAS解決方案，”Strum說，“雖然基于攝像頭的傳感器能夠在光照良好的條件下，以卓越的分辨率感知周圍環(huán)境，但是在黑暗、雨、霧、雪等惡劣環(huán)境下，這類傳感器的性能便會大幅下滑。”

這意味著基于攝像頭的傳感器還有很大的改善空間，尤其在動態(tài)范圍和近紅外靈敏度等方面，Strum補充道。

“雷達(dá)波”帶你浪

雷達(dá)也是ADAS和自動駕駛的核心技術(shù)之一。簡而言之，雷達(dá)通過發(fā)射毫米波范圍的電磁波，電磁波遇到障礙物后發(fā)生反射，被雷達(dá)系統(tǒng)捕獲，由此計算便能確定障礙物的距離、速度和角度。

通常，OEM廠商會在車輛中采用短距離和長距離雷達(dá)。自適應(yīng)巡航控制和自動緊急制動功能采用長距離雷達(dá)（LRR）。長距離雷達(dá)一般裝配在車輛前保險杠后方。

雷達(dá)和自動駕駛汽車

前向長距離雷達(dá)采用77GHz毫米波頻率，探測范圍覆蓋160~200米。通常，前向雷達(dá)模組集成了多種不同的組件，例如微控制器（MCU）和RF（射頻）收發(fā)器。收發(fā)器負(fù)責(zé)將雷達(dá)數(shù)據(jù)通過鏈接傳送給MCU，由MCU進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)處理。

《英飛凌77 GHz雷達(dá)接收器和發(fā)射器：RRN7745P和RTN7735P》

MCU的制造往往基于CMOS工藝，正從55nm或40nm工藝向28nm及以下工藝節(jié)點轉(zhuǎn)移。同時，單獨的RF收發(fā)器一般基于高性能SiGe（硅鍺）RF工藝。也有采用BiCMOS工藝。兩種技術(shù)都源自更成熟的工藝節(jié)點。

前向長距離雷達(dá)仍將保持在77GHz頻段，但是器件技術(shù)正在發(fā)展。以近期的新產(chǎn)品為例，TI推出了一款單芯片雷達(dá)產(chǎn)品，在同一個器件上整合了MCU和收發(fā)器。這款雷達(dá)芯片組基于45nm RF CMOS工藝，實現(xiàn)了不同組件的集成。

“單芯片雷達(dá)傳感器解決方案相比雙芯片解決方案，具有諸多優(yōu)勢，”TI產(chǎn)品經(jīng)理Kishore Ramaiah說，“因為這是一種RF CMOS解決方案，它具有更低的功耗和更高的集成度，這意味著能夠帶來更小的尺寸和更優(yōu)化的BOM。”

不過，至少目前來看，前向長距離雷達(dá)或仍將大部分采用分立解決方案。“長距離雷達(dá)模組設(shè)計還存在很多變數(shù)，我認(rèn)為MCU和收發(fā)器還將在一定時間內(nèi)保持分立設(shè)計，”NXP公司的Wilson說，“隨著時間的發(fā)展，當(dāng)RF CMOS技術(shù)發(fā)展到能夠支持長距離雷達(dá)的RF性能要求時，它相比SiGe技術(shù)才會更有競爭力。我預(yù)計這兩種解決方案將在一段時期內(nèi)共存。”

而短距離（SRR）雷達(dá)模組方面則有了切實的設(shè)計革新，目前大多數(shù)短距離雷達(dá)模組的工作頻率為24GHz，探測距離約60~70米。

安裝在汽車前后方兩角的短距離雷達(dá)模組，可用于車道探測、車道保持等相關(guān)功能。同時，并線輔助功能也采用安裝在前部側(cè)方保險杠的短距離雷達(dá)。