《是德科技汽车毫米波雷达部件、成品和ACC应用测试Ver. 2.0》由会员分享，可在线阅读，更多相关《是德科技汽车毫米波雷达部件、成品和ACC应用测试Ver. 2.0（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 是德科技汽车毫米波雷达是德科技汽车毫米波雷达部件、部件、成品和成品和 ACC 应用测试方案应用测试方案 是德科技（中国）有限公司 杨海川 前言前言 随着汽车安全标准、汽车电子化水平以及人们对驾驶安全需求的不断增长，近几年来，具 备主动安全技术的 ADAS 系统呈现快速发展的趋势，这其中需要大量的传感器。据市场 研究机构 IHS Research 预测，随着 ADAS 系统的广泛应用，未来几年汽车雷达传感器 市场的年均增长率将高达 23%，这其中，毫米波雷达是不二的选择。 ADAS 的典型应用场景 应用于汽车上的不同种类雷达 汽车雷达可分为超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达 等,不同雷达的原理不
2、尽相同,性能特点也各有优势,可用 于实现不同的功能。 超声波雷达是利用 传感器内的超声波 发生器产生 40KHz 的超声波,再由接收探头接收经障碍物 反射回来的超声波,根据超声波反射接收的时间差计算与 障碍物之间的距离。超声波雷达成本较低,但探测距离近, 只有几米，因此常用于泊车系统中，且超声波雷达会受限 天气条件。 激光雷达具有分辨率高、精度高、抗有源干扰能力强的优 势，是军转民的高精度雷达技术。在汽车领域的应用，主 要是用于无人驾驶系统，例如谷歌无人车、百度无人车都 采用了激光雷达。激光雷达也会受天气影响，在大雪、雾 霾时功能会受限，且价格昂贵。 毫米波雷达是 ADAS 系统的主要传感器，
3、毫米波雷达频率 范围 30GHz-300GHz,波长从 1cm 到 1mm,毫米波雷达探 测距离较长，可达 200 多米，可以对目标进行有无检测、 测距、测速以及方位测量。它具有良好的角度分辨能力，可 以检测较小的物体。同时，毫米波雷达有极强的穿透率，能 够穿过光照、降雨、扬尘、下雾或霜冻来准确探测物体，可 以在全黑的环境工作，可全天候工作。 从上面的比较可以看出，相比激光雷达，毫米波雷达仍有着强大的优势。激光的波长远小 于毫米波 (nm vs mm)，所以雾霾可能导致激光雷达失效。同样的原因，毫米波雷达的探 测距离可以轻松超过 200 米，而激光雷达一般不超过 150 米，所以对于高速公路跟
4、车场 景，毫米波雷达能够做的更好。 另外，最主要的原因是毫米波雷达便宜，作为成熟产品，毫米波雷达目前的价格大概在 1.5 千左右，而激光雷达的价格目前仍然是以万作为单位计算的。 虽然激光雷达号称无人车的眼睛，近几年也受到了前所未有的追捧，但在目前阶段， ADAS 及自动驾驶方案选择的主流仍然是毫米波雷达。 毫米波雷达市场火热毫米波雷达市场火热 在无人驾驶时代尚未到来之前，最需要广泛普及的是 ADAS 驾驶员辅助驾驶系统，因此， 毫米波雷达将是近几年车载雷达的主流。同时，毫米波雷达的主要器件成本近几年大幅降 低，也使得它可以在汽车领域迅速应用起来。 据了解，目前众多车企，例如：大众、奔驰、奥迪、
5、 丰田等在其中高端车型上都已配置了毫米波雷达，相 信，随着智能驾驶及无人驾驶的发展，毫米波雷达将 成为汽车的标配。数据显示，2015 年，中国车载毫 米波雷达销量为 180 万颗，平均每 12 辆车配装 1 颗， 这两年发展速度迅猛，中国市场潜力巨大。 据智研咨询发布的2016-2022 年中国毫米波雷达行业市场供需预测及投资战略研究报 告显示，至 2020 年，预计全球车载毫米波雷达出货量可达 7200 万颗。按国内 ADAS 渗透率在 2020 年达到 30%估算，每套 ADAS 需要 4 个短距毫米波雷达+1 个长距毫米 波雷达，则国内出货量可达 4500 万颗，市场规模将超 200 亿
6、。 毫米波雷达在汽车中的应用模式毫米波雷达在汽车中的应用模式 大约上世纪 90 年代，毫米波雷达就开始应用于汽车领域，当时的应用是汽车自适应巡航 （ACC）功能，这主要依赖于毫米波长达 200 米以上的距离探测功能，其它手段是很难 做到的。后来，又陆续发展出了防撞、盲区探测等众多其他功能，但是这个技术门槛一直 很高，价格也一直很贵，直到 2012 年，出现了芯片级别的毫米波射频芯片，技术门槛才 降低，成本也降下来了，才为汽车领域的广泛应用打开窗口。 目前，在毫米波频段，开放给民用的波段有 24GHz60GHz77GHz120GHz,其中，24GHz 和 77GHz 在汽车中都有应用，24GHz
7、 开放得最早，目前应用较普遍。24GHz 主要面向 5-70m 的 中短距探测，主要应用有 BSDLDWLKA LCAPA 等。77GHz 主要面向 100-250 米的中长距 探测，例如 ACC FCW AEB 等。但随着车用雷达系统对精度要求的提升，77GHz 将是未来的 主流。 单芯片高精度是发展趋势单芯片高精度是发展趋势 随着汽车智能化程度及主动安全功能的提升，汽车毫米波雷达的需求向高精度发展，一些 高端车型的雷达系统正在从 24GHz 向 77GHz 升级。 以 ACC 自适应巡航为例，所使用的雷达升级换代成 77GHz 的毫米波雷达后，ACC 自适 应巡航的工作时速由 25km 起
8、，比起 24GHz 雷达系统，识别率是原来的三倍，测速和测 距的精准率提高了三至五倍，因而可以更准确快速地监测与前车的距离，在保持距离的情 况下随前车的速度进行加减速、刹停和起步。而且因为雷达的特性，即便在有雾、烟、灰 尘的干扰等恶劣天气环境下，也能得到精确的探测结果。 毫米波雷达系统主要包括天线、收发系统、信 号处理系统,收发系统芯片和天线 PCB 是毫米 波雷达的硬件核心。 其中，收发器芯片普遍 使用 SiGe 双极型晶体 管等特殊半导体,这些 基于硅锗技术的芯片无 法实现更高的集成，因此，一个雷达系统往往需要多个芯片加外 围器件构成。虽然基于 SiGe 技术的 77GHz 汽车雷达系统可
9、以很 好地满足汽车需求，但它们体积过大、过于笨重，占用了大量电 路板空间，同时价格也比较昂贵。 随着半导体技术的进步，被广泛用于数字电路且成本相对较低的 CMOS，也可被用于毫 米波电路。CMOS 与传统 SiGe 双极型晶体管相比，由于在低电压条件下也可运行，因 此可降低耗电量。虽然 CMOS 存在低频区噪声偏大的问题，但两者在毫米波区域(76- 81GHz)具有大致同等的性能。对于 77-79GHz 车载毫米波雷达应用, CMOS 低频区噪声 大的问题并不太突出。同时，全球 CMOS 产业链已十分成熟，可大批量生产。基于 CMOS 技术实现毫米波雷达关键器件，可使整个雷达系统的成本显著下降
10、。 因此，基于 CMOS 技术、高集成、单芯片毫米波雷达方案受到行业热捧，多家厂商推出 了相关产品。 据报道，Fujitsu 研究所推出了采用 CMOS 工艺的 4 通道接收芯片。Fujitsu 研发的此款 产品不仅与现行 SiGe 产品具有同等的高频功能，还成功解决了低频区噪声问题。而新的 CMOS 芯片比传统的 SiGe 芯片降低了一半左右的电耗，还可以实现量产和低成本化。 Fujitsu 预计 2018 年左右，该产品可以实现量产化。采用该技术的毫米波雷达的成本也 有望大幅降低。 前不久，德州仪器（TI）宣布推出了 76 至 81GHz 单芯片毫米波 雷达传感器。该产品充分利用了 CMO
11、S 技术优势，并将 MCU 和 DSP 以及智能雷达前端集成在内，尽可能降低雷达系统尺寸、功 率、外形尺寸和成本，从而进一步助推实现车辆内多个雷达系统 的安装。TI 的产品已经量产，同时可以提供给用户配套的开发板 及参考设计。 恩智浦也宣布推出了号称外形最小（7.57.5mm）的单芯片 77GHz 高分辨率 RF CMOS IC 雷达芯片。据恩智浦介绍，这款车用雷达芯片的超小尺寸使其可以近乎隐形地安装在 汽车的任意位置，且其功耗比基于硅锗技术的传统雷达芯片产品低 40%，为汽车传感器 的设计安装提供了极大便利。据透露，目前恩智浦已经将该产品的工作原型交付部分关键 汽车厂商，来自谷歌的工程师们已
12、开始在其无人驾驶汽车项目 中对该款芯片进行测试。 汽车雷达芯片供应商英飞凌也在与 IMEC 合作共同开发高集成 度 79GHz 频段 CMOS 传感芯片，据说，完整的雷达系统模组 将于年内展示。 毫米波雷达芯片部件和整机性能指标毫米波雷达芯片部件和整机性能指标 低噪声放大器的关键指标： 1. 频率范围: 72 to 80 GHz 2. 噪声系数: 5 dB at 77 GHz 3. 增益: 23 dB 4. 直流偏置（典型值）: Vd = 2.5 V, Id = 60 mA, Vg = +0.18 V 5. 半导体工艺技术: 0.13 um pHEMT with front-side Cu/S
13、n pillars 6. 芯片尺寸: 2.24 x 1.27 x 0.38 mm VCO 压控振荡器的关键指标： 1. 频率范围: 18.5 to 19.5 GHz 2. 输出功率: 7 dBm 19 GHz 3. 相位噪声: -105 dBc/Hz at 1 MHz offset, fc = 19 GHz 4. 预分频器输出频率范围: 2.31 to 2.44 GHz 5. 预分频器输出功率: -6 dBm IQ 混频器的关键指标： 1. RF 和 LO 频率范围: 75 to 82 GHz 2. IF 频率范围: DC to 100 MHz 3. 变频损耗: 12 dB 77 GHz 4.
14、 RF-LO 隔离: 18 dB 77 GHz 5. 直流偏置: Vb = 1.1 V 24GHz 收发单片的关键指标： 1. 24 GHz transceiver MMIC 2. Qualified according AEC Q100 3. Fully integrated low phase noise VCO 4. Switchable prescaler with 1.5 GHz and 23 kHz output 5. On chip power and temperature sensors 6. Gilbert based homodyne quadrature receive
15、r 7. Single ended RF and LO terminals 8. Low noise figure NFSSB: 12 dB 9. High conversion gain: 26 dB 10. High 1 dB input compression point: -12 dBm 77GHz 收发单片的关键指标： 1. Scalable to four Tx and 12 Rx channels 2. Advanced packaging technology 3. High performance supports fast modulation with simultane
16、ous active channels 4. Excellent spatial resolution and detection accuracy 5. Local oscillator at 38 GHz to lower the distribution loss and reduce impact on antenna pattern 6. Best phase noise -85 dBc/Hz at 100 kHz offset 7. Low power consumption of 2.5 W for the total transceiver Bosch 77 GHz Automotive Sense LRR3 整机雷达指标： 汽车雷达提供商或毫米波半导体器研制的过程中，要对发射系统、接收 系统、或单元电 路时行测试验证。如何对 MMIC 测试对测量系统来说是一种 挑战
