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车用超声波和毫米波雷达代表产品解析

发布日期:2021-10-07 14:07   来源:未知   阅读:

  雷达系统通常与飞机等军事项目有关,但是它们如今已迅速进入包括商用汽车在内的民用领域。作为高级驾驶员辅助系统(ADAS)电子设备的一部分,毫米波(mmWave)雷达系统正在集成到新车辆中,以提供更安全的驾驶体验。完全自动驾驶的“自动驾驶”汽车可能还有数年之遥,而盲点检测和避免碰撞等ADAS功能现在可以保护驾驶员。低功率,高频雷达检测对于实现所有目标检测至关重要,最终可以创造更安全的驾驶体验。

  毫米波雷达技术,激光雷达技术以及摄像头,是提高ADAS功能的三项重要传感器技术。汽车雷达频率主要依然集中在24 GHz,但是77 GHz才是如今各大厂商重点关注的技术。正在推出基于毫米波频率上的调频连续波(FMCW)雷达集成电路(IC)。雷达可以区分静止目标和运动目标,并同时检测多个目标,甚至可以通过其多普勒频移计算出被检测车辆的相对速度。

  在白天和黑夜的各种光照和天气条件下,以及在很宽的温度范围内,雷达都能以稳定的精度运行。 ADAS处理器进行的传感器融合可以使用来自三种类型传感器的数据来创建检测到的目标的3D图像。传感器融合技术的发展,尤其是在两个频率范围内利用雷达,正在为产生基于4D雷达的数据扫清道路,这些数据可用于未来自动驾驶控制所需的目标范围,角度,速度和仰角。

  ADAS的雷达接收器、发射器和收发器通常使用硅锗(SiGe)或硅(Si) BiCMOS等高频/高速半导体技术实现高度集成的单片微波集成电路(MMIC)。MMIC通常支持模块化功能,具有用于发送和接收功能的单独MMIC,或者作为收发器,每个芯片具有单个或多个发送和接收通道。

  无论是在24 GHz或77 GHz频率下,ADAS雷达电路和系统设计人员都可以将主要的系统功能模块(例如微处理器,数字信号处理(DSP)和电源)封装在同一个IC中,以节省空间。中央ADAS处理器通过将雷达数据与LiDAR和相机成像数据相结合来进行传感器融合,以创建360度的图像。

  1.配备ADAS的车辆依靠来自雷达,LiDAR和基于摄像头的系统的传感器数据融合来创建360度角。目标检测领域。 (由Xilinx提供)

  ADAS 毫米波雷达的MMIC适用于24 GHz和77 GHz的短程雷达(SRR),可检测约20 m,中程雷达(MRR)约60 m,远距离雷达(LRR)约200 m或更远。当前的24 GHz雷达MMIC在24.00至24.25 GHz的工业,科学和医学(ISM)频段内运行,已用于非汽车工业和医学应用,包括仓库中的入侵者检测和心率检测器等。

  现在,包括美国联邦通信委员会(FCC)和欧洲电信标准协会(ETSI)在内的政府频谱监管机构计划为超宽带(UWB)雷达释放更多的24 GHz左右带宽,与目前相比,其目标分辨率有所提高。

  随着大多数驾驶员期望新车提供ADAS电子解决方案以提高安全性,对汽车毫米波雷达解决方案的需求正在不断增加。更多的半导体供应商,包括一些已经在生产的24 GHz ADAS雷达IC,正在为SRR,MRR和LRR ADAS应用开发用于77 GHz(76至81 GHz),5 GHz带宽的雷达IC。

  面向24 GHz ISM频段系统的汽车雷达高度集成IC,比如英飞凌的BGT24A系列ADAS雷达收发器和接收器IC。

  BGT24A系列的成员包括BGT24ATR11,这是一种具有一个发送通道和一个接收通道的24 GHz雷达收发器。 BGT24ATR12具有一个发送通道和两个接收通道; BGT24AR2和BGT24AR4分别具有两个和四个接收通道; BGT24AT2具有两个发送通道,可以添加到任一收发器中,以增强态势感知能力。这些IC采用VQFN封装(图2),轻松安装在PCB上。

  2. BGT24A系列的24 GHz雷达传感器是MMIC收发器,具有不同的发射器和接收器组合。 (由英飞凌科技提供)

  BGT24ATR11具有单个接收和发送通道的MMIC收发器,设计用于24.00至24.25 GHz的频率。它通过了AEC-Q100认证,并且已在许多工业和医疗中应用。MMIC基于0.18μm 双极SiG工艺,具有200 GHz的上限频率,以低噪声,24 GHz压控振荡器(VCO)为中心。VCO的相位噪声从载波偏移100 kHz时为-85 dBc / Hz。

  MMIC收发器包含一个具有1.5 GHz和23 kHz输出的可切换预分频器。它还提供通常为0 dBm的24 GHz本地振荡器(LO)输出信号,以驱动其他功能。 MMIC的发射部分会向天线 dBm的典型功率;输出功率可以控制在3到9 dB之间。

  发射器具有雷达使用所需的快速开/关切换功能,通常为500 ns,并在关闭模式下将杂散输出控制在-30 dBm或更低。零差型接收机支持许多不同的24 GHz ADAS雷达系统配置,其中频(dc)范围从dc到10 MHz。 24 GHz雷达收发器采用符合RoHS的紧凑型VQFN封装提供,并且仅通过+3.3 V直流电源消耗500 mW的功率。

  STMicroelectronics的STRADA431具有一个发送通道和三个单端接收器通道,每个通道都有其自己的可变增益放大器(VGA),是符合AEC-Q100要求的24 GHz ADAS收发器,它也围绕低噪声的24 GHz VCO构建。典型的相位噪声是相对于载波的−75 dBc / Hz偏移100 kHz。它采用6×6mm QFN封装,采用+ 3.3V直流电源供电,并由四引脚SPI接口控制。 MMIC具有板载功率和温度传感器,其单通道收发器在24 GHz时可提供+13 dBm的差分输出功率。它具有可切换/可选的IF滤波器,并具有高达60dB的接收器转换增益。

  长期的IC供应商ADI公司为商业和工业安全系统提供24 GHz IC,这些系统也可用于ADAS雷达。与许多半导体供应商一样,该公司也提供评估板来简化雷达芯片的初始测试。

  EV-TINYRAD24G雷达评估模块和EV-RADAR-MMIC2评估板上安装了ADF5901 24-GHz发送IC和ADF5904 24-GHz接收IC以及ADF4159锁相环(PLL)IC。 IC可以一起与不同的mmWave天线)配备了具有多输入多输出(MIMO)配置的相控阵天线,该相控阵天线允许使用阵列中的多个小天线元件来形成天线辐射图,以进行发射和接收功能。

  这些高度集成的设备在5×5 mm LFCSF小型封装中实现了有效的雷达功能。例如,ADF5901通过板载功率放大器和24 GHz VCO提供双24 GHz雷达发射通道。 VCO还为其他接收器功能提供LO信号。该IC包含各种数字电路,例如辅助模数转换器(ADC),以及每个发射通道的温度传感器和功率控制电路。一个简单的四线接口控制所有片上寄存器。

  由于目前24 GHz的可用ISM带宽目前限制为250 MHz,因此许多电路和系统开发人员发现77 GHz附近的更大可用带宽(以及较小波长的高分辨率)对于ADAS雷达具有吸引力。用于24 GHz ADAS雷达芯片的许多半导体工艺都支持具有类似发射器、接收器和收发器架构的77 GHz设备。

  例如,STMicroelectronics在SiGe BiCMOS上制造其双频段,76至77 GHz和77至81 GHz的STRADA770M ADAS雷达收发器。微型收发器集成了四个单端50Ω接收器通道(每个通道都具有高分辨率ADC)和三个单端50Ω发射器通道。发送器通道包括线性调频调制器和线性调频器,以及集成的多种功能都包含在尺寸仅为9×9 mm的单个晶圆级BGA封装中。

  STRADA770M雷达收发器包括一个集成的低相位噪声振荡器,该振荡器设计用于40或50MHz的晶体基准。典型的相位噪声是从77 GHz载波偏移1 MHz时的−95 dBc / Hz。收发器在76至77 GHz范围内通常提供+13 dBm的发射功率,在77至81 GHz范围内通常提供+10 dBm的发射功率。它可实现高达75dB的接收器转换增益,可在30dB的范围内以3dB的阶梯进行调节。密集封装的IC具有板载线性调频定序器和FMCW线性调频调制器,以及可设置为SPI或I2C操作的数字从接口。MMIC使用+ 3.3V直流单电源供电。

  恩智浦半导体的TEF8102 ADAS雷达收发器MMIC(图4)是在公司的20纳米RF CMOS工艺上制造的。MMIC包含三个具有二进制控制和输出电平稳定功能的发送通道,以及四个接收通道。每个接收通道都有一个专用的12位ADC。板载波形发生器在76至78 GHz范围内实现+12 dBm的典型发射功率,在78至81 GHz范围内实现+13 dBm的典型发射功率。 FMCW收发器的四个接收通道可提供串行输出数据,这得益于波形发生器的低噪声。当从76至81 GHz的任何频率偏移1 MHz时,典型的相位噪声为−86 dBc / Hz或更高。

  4.TEF8102 MMIC是一种雷达收发器,具有三个发送通道和四个接收通道,扫描范围为76至81 GHz。 (由恩智浦半导体公司提供)

  雷达收发器支持76至81 GHz的SRR,MRR和LRR应用,线 MHz /μs。它适用于自动紧急制动(AEB),自适应巡航控制(ACC),前交叉交通警报(FCTA),后交叉交通警报(RCTA),停车辅助(PA)和盲点检测(BSD)。该收发器提供ADAS车辆所需的4D雷达数据。

  四个TEF8102雷达收发器MMIC可以为完整的360度检测提供足够的数据。该器件可封装在7.5×7.5 mm嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装中,并可提供在测试板上(TEF8102型评估板),以简化系统开发。

  德州仪器(TI)的AWR1243单芯片FMCW雷达收发器具有3个单端发送通道和4个单端接收通道,覆盖76至81 GHz。该公司提供两种版本的设备:对于AWR1243型号,三个发射通道中的两个可以同时操作;对于AWR1243P型号,所有三个发射通道都可以同时使用。

  雷达MMIC采用45纳米RF CMOS工艺制造,具有低功耗,并且符合AEC-Q100标准的收发器可容纳+ 3.3V和+ 1.8V直流电源。MMIC的基础是板载小数N分频PLL频率合成器,可命令精确的线性调频脉冲产生和同步。

  77 GHz雷达收发器设计用于与外部40 MHz时钟源一起使用。它具有内置的温度和功率监控功能,以及跨频率和温度的内置自校准功能。该收发器采用尺寸为10.4×10.4 mm的倒装芯片球栅阵列(BGA)型封装。通过执行简单的编程更改,该收发器可以在76至81 GHz的频率下用于所有三种主要的汽车应用类型(SRR,MRR和LRR)。

  一些24 GHz FMCW雷达MMIC供应商也在开发用于77 GHz ADAS应用的雷达MMIC,例如Analog Devices和Infineon。例如,与其24 GHz器件一样,英飞凌在SiGe工艺上制造其77 GHz器件。这些雷达MMIC仍处于试生产阶段,预计将用于该公司的RASIC产品线。它们包括具有三个发送和四个接收通道的RXS816xPL收发器以及具有两个发送和四个接收通道的RXS8156PLA收发器。两种77 GHz雷达MMIC都将采用eWLB封装。关键字:编辑:冀凯 引用地址:

  致力于自动驾驶汽车的汽车制造商可以选择三种主要的传感器:摄像头、雷达和LiDAR。当与计算系统绑定时,每个传感器都可以支持高级驾驶辅助系统(ADAS),使车辆能够在环境中自主运行。雷达在汽车领域已经使用了几十年,可以确定物体的速度、范围和角度。它的计算量比其他传感器技术要轻,而且几乎可以在所有环境条件下工作。雷达传感器可按其工作距离范围进行分类。短程雷达(SRR)0.2至30米范围,中程雷达(MRR)在30-80米范围,长程雷达(LRR)80米至200米以上范围。长程雷达(LRR)是自适应巡航控制(ACC)和高速公路自动紧急制动系统(AEB)中使用的传感器。目前部署的只使用长程雷达

  和双目摄像头 /

  。自动驾驶感知主要由车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达等传感器构成,不同的传感器起着不同的作用,在自动驾驶过程中完成不同的任务需求。车载摄像头车载摄像头是实现众多预警、识别类高级辅助驾驶功能的基础,对于驾驶员来说也更为直观,类似车道偏离预警、前向碰撞预警、交通标识识别、车道保持辅助、行人碰撞预警、全景泊车、驾驶员疲劳预警等高级辅助驾驶功能,都需要车载摄像头的辅助来实现。车载摄像头的主要硬件包括光学镜头、图像传感器、图像信号处理器ISP、串行器、连接器等,光学镜头中包含光学镜片、滤光片和保护膜等。光学镜片负责聚焦光线,将视野中的物体投射到成像介质表面,根据成像效果的要求不同,可能要求多层光学镜片,滤光片可以将人眼看不到的光波

  与追踪等,可以让自动驾驶车辆与驾驶员快速察觉可能发生的危险,以提高行驶过程中的主动安全性,这一过程需要很多的传感器协作完成。自动驾驶感知主要由车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达等传感器构成,不同的传感器起着不同的作用,在自动驾驶过程中完成不同的任务需求。车载摄像头车载摄像头是实现众多预警、识别类高级辅助驾驶功能的基础,对于驾驶员来说也更为直观,类似车道偏离预警、前向碰撞预警、交通标识识别、车道保持辅助、行人碰撞预警、全景泊车、驾驶员疲劳预警等高级辅助驾驶功能,都需要车载摄像头的辅助来实现。车载摄像头的主要硬件包括光学镜头、图像传感器、图像信号处理器ISP、串行器、连接器等,光学镜头中包含光学镜片、滤光片

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