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汽車市場變化有多快？日新月異，還是翻天覆地。
傳統(tǒng)生產(chǎn)與制造工藝不斷受到挑戰(zhàn)，代表未來的智能科技則無孔不入，滲透進現(xiàn)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(yè)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(zhuǎn)型。
技術路線和工藝轉(zhuǎn)變的最根本原因，源于市場可觀的需求。據(jù)Yole Développement預測，全球毫米波雷達市場規(guī)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(xiàn)更多雷達上車，已是汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要課題。
性能與成本的“既又也還”
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(lián)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(lián)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(gòu)成了不小挑戰(zhàn)。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(jīng)出現(xiàn)單芯片的集成方案，即所有射頻和工藝在一顆芯片中實現(xiàn)。
“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(zhí)行副總裁兼射頻處理業(yè)務部總經(jīng)理Torsten Lehmann如此表示。
從行業(yè)數(shù)據(jù)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(chǎn)品推向市場的時程。更重要的是，由于節(jié)省了外圍器件和射頻傳輸線路所占據(jù)的空間，單芯片方案可以滿足雷達小型化的設計需求。
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(fā)器、處理器、內(nèi)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(xù)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(tǒng)成本得以持續(xù)下探。據(jù)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(chǎn)品，RFCMOS也將進一步提升系統(tǒng)的集成度并降低系統(tǒng)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(zhàn)。
要知道，77GHz的波長不足24GHz的三分之一，收發(fā)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(xiàn)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(yè)具備非常專業(yè)的技術積累。
對于想要進行內(nèi)部開發(fā)的Tier1或者OEM來說，射頻相關專業(yè)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)品，然而到目前為止，單芯片方案還沒有成為市場主流。
對此，Torsten Lehmann稱，在雷達芯片早期發(fā)展階段，市場需求一度變化。這個變化的過程中，共經(jīng)歷了7代產(chǎn)品。對于輸出、噪聲、探測距離和發(fā)射器、接受器的數(shù)量，市場需求一直是在變化的，并不是處于一個非常穩(wěn)定的狀態(tài)。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(xiàn)階段，單芯片雷達市場的成熟度和穩(wěn)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(jié)點。比如28nm，就是一個最好的、所謂的“甜區(qū)”，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(xù)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(zhàn)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(fā)展?jié)摿?。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(yè)內(nèi)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(xiàn)要優(yōu)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(tài)的傳感器可以實現(xiàn)互相補充、冗余的功能，從而確保最高的安全性。
說到底，低端市場由成本驅(qū)動，高端市場則由性能驅(qū)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(tǒng)展開合作。
需要注意的是，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?？ㄜ嚭饘倭亢艽?，所以對雷達發(fā)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(qū)分，是一個挑戰(zhàn)。
“好消息是單芯片方案，通過提高分辨率以及物體之間的區(qū)分能力，能夠解決這樣一個挑戰(zhàn)，從而實現(xiàn)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(xiàn)4D環(huán)境映射，實現(xiàn)接近激光雷達的分辨率，同時針對周邊環(huán)境形成點云圖，實現(xiàn)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(chǎn)品等待交付。如果站在智能汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展角度，無論從更集成的單芯片，還是更優(yōu)的生產(chǎn)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。
原標題:毫米波雷達卷向“單芯片”戰(zhàn)場
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