相較于激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器，毫米波雷達(dá)由于具備全天候全天時(shí)的探測能力，即使在雨雪、塵霧等惡劣環(huán)境條件下依舊可以正常工作，再加上通過直接測量距離和速度，更容易實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)的檢測，正逐漸在越來越多的新車上搭載。

  以77 GHz毫米波雷達(dá)為例，據(jù)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，今年上半年國內(nèi)新車?yán)塾?jì)搭載前向77GHz毫米波雷達(dá)201.65萬顆，相較于2019年同期增長29.36%。下半年隨著搭載ADAS功能的新車陸續(xù)上市，預(yù)計(jì)今年全年前向77GHz毫米波雷達(dá)搭載量同比增速將維持30-40%。

  盡管如此，相較于整個(gè)汽車市場來說，毫米波雷達(dá)的裝配率仍然處于低位，如何進(jìn)一步推動這項(xiàng)技術(shù)在汽車領(lǐng)域的普及是亟待解決的問題。要想讓毫米波雷達(dá)成為各級別車型都用得上的技術(shù)，還需要在性能、成本等多方面進(jìn)一步突破，這里面毫米波雷達(dá)芯片將起到十分關(guān)鍵的作用。軟板廠發(fā)現(xiàn)，特別是基于CMOS工藝的毫米波雷達(dá)芯片，由于可以幫助毫米波雷達(dá)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能、易開發(fā)、小型化、經(jīng)濟(jì)性等多重優(yōu)勢，正逐漸成為越來越多整車廠和零部件供應(yīng)商的選擇。

讓毫米波雷達(dá)真正普及，小型化和經(jīng)濟(jì)性是關(guān)鍵

  毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用早已有之。不過早期毫米波雷達(dá)里的核心芯片所采用的工藝主要是GaAs、SiGe等化合物半導(dǎo)體，其中基于GaAs工藝的毫米波雷達(dá)芯片前端大都是分立式的，即發(fā)射器、接收器和處理組件均為獨(dú)立單元，這使得雷達(dá)的設(shè)計(jì)過程十分復(fù)雜，產(chǎn)品體積也往往較大。

  不僅如此，因上述原材料價(jià)格昂貴，導(dǎo)致毫米波雷達(dá)整體價(jià)格也相對較高，特別是77GHz毫米波雷達(dá)。所以在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間里，毫米波雷達(dá)主要是歐美高端車型的專屬。

  憑借多年研發(fā)毫米波集成電路板的經(jīng)驗(yàn)，毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景絕不止于此，特別是在未來的輔助駕駛上將大有可為——只要這個(gè)傳感器足夠小，足夠經(jīng)濟(jì)。彼時(shí)是2014年，就是“那個(gè)時(shí)候自動和輔助駕駛也并沒有現(xiàn)在這么火，無論是整車廠還是一級供應(yīng)商，在這些方面沒有特別明顯的戰(zhàn)略方向” 。

  采用完全不同的CMOS工藝取代價(jià)格相對較昂貴的化合物半導(dǎo)體工藝，從而降低毫米波雷達(dá)的價(jià)格。CMOS工藝在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)有了很成熟的應(yīng)用，例如手機(jī)里的WiFi、藍(lán)牙以及電腦中的處理器，都是用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的。相較于化合物半導(dǎo)體，這項(xiàng)技術(shù)具備更大體量的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，如果毫米波雷達(dá)芯片也能夠享受這種CMOS工藝所能帶來的規(guī)模化效益，價(jià)格是可以大幅下降的。

  為此，特別推出了AiP（封裝集成片上天線），通過在芯片封裝內(nèi)部集成天線陣列，減少客戶天線設(shè)計(jì)和高頻板材投入，并大幅縮短模塊研發(fā)和生產(chǎn)周期，加速毫米波雷達(dá)在汽車和行業(yè)市場的普及。

  客戶拿到這款產(chǎn)品之后，連天線都不用設(shè)計(jì)了。因?yàn)槔走_(dá)里面除了電子部分，設(shè)計(jì)難度和成本比較高、良率控制比較復(fù)雜的就數(shù)天線了，推出這款產(chǎn)品相當(dāng)于大大降低了客戶的開發(fā)難度。 且由于將天線集成在芯片封裝上，在易用性和降低雷達(dá)模塊的體積方面，又有了進(jìn)一步的提升。

  雖然相較于傳統(tǒng)的化合物半導(dǎo)體，CMOS工藝無論是在經(jīng)濟(jì)性還是集成度、可擴(kuò)展性等方面都具有明顯的優(yōu)勢，但是要基于這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)真正符合車規(guī)級需求的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品，并不容易。汽車領(lǐng)域的企業(yè)來做，最大的挑戰(zhàn)在于怎么用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)77GHz這樣高頻的電路板PCB，并且保證噪聲在可控范圍內(nèi)。

  此前就是因?yàn)槲茨軐?shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，所以在77GHz毫米波雷達(dá)的普及方面，行業(yè)遲遲未有大的進(jìn)展。尤其是要符合汽車開發(fā)的要求，比如芯片的工作溫度范圍要能夠覆蓋-40℃~125℃，而且要保證在汽車的整個(gè)生命周期內(nèi)，芯片都能夠在這么寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，整體的可靠性要求是非常高的。另外，功能安全也是很重要的一方面。功能安全最重要的作用是確保任一隨機(jī)故障、系統(tǒng)故障或共因失效，都不會導(dǎo)致安全系統(tǒng)的故障，避免造成人員的傷害或死亡、環(huán)境的破壞、設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失等。

  從Transceiver、SoC到AiP的解決方案，多方面助力毫米波雷達(dá)量產(chǎn)

  第一代產(chǎn)品Yosemite從研發(fā)到量產(chǎn)，加特蘭花了3年的時(shí)間。算是一個(gè)小小的里程碑，2017年推出第一代CMOS芯片的時(shí)候，也是全球首個(gè)汽車級CMOS工藝77GHz毫米波雷達(dá)射頻前端芯片。

  在第一代產(chǎn)品里，毫米波射頻收發(fā)芯片用單顆CMOS芯片實(shí)現(xiàn)了，而在此之前，按業(yè)界的慣常做法需要用多顆化合物半導(dǎo)體才能達(dá)到同樣的效果，如此一來體積也小了，毫米波雷達(dá)的價(jià)格自然就降下來了。該產(chǎn)品于2018年正式開始在奇瑞、上汽等品牌相關(guān)車型上搭載，用于盲點(diǎn)監(jiān)測、變道輔助、前方碰撞預(yù)警等。

  緊接著，又于2019年推出了第二代產(chǎn)品Alps。與Yosemite相比，Alps將毫米波雷達(dá)里面的模擬、數(shù)字和雷達(dá)算法等用單芯片實(shí)現(xiàn)了，相比第一代集成度更高，且在性能、成本、功耗等方面也到了進(jìn)一步的改善。特別需要指出的是芯片之間的級聯(lián)，通過這項(xiàng)技術(shù)加特蘭可以實(shí)現(xiàn)多款芯片之間的同步信號發(fā)射和數(shù)字處理信號的交互等，從而有效拓展芯片通道數(shù)量，優(yōu)化產(chǎn)品性能，這也是加特蘭獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)。

  除了傳統(tǒng)的汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用，毫米波雷達(dá)也將更多的被應(yīng)用在“車外場景”，比如通過Alps AiP實(shí)現(xiàn)輔助泊車，環(huán)車的超短距探測，其中后者在擁堵等復(fù)雜的交通場景中尤為適用，可極大地彌補(bǔ)現(xiàn)有中長距傳感器在近距離感知方面的不足，代替超聲波傳感器等實(shí)現(xiàn)相關(guān)的駕駛輔助功能。

  還有車內(nèi)生命體征探測，因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)可以用來監(jiān)測呼吸心跳，現(xiàn)實(shí)生活中常有車主將兒童較長時(shí)間‘遺忘’在座艙內(nèi)，在夏天這是非常危險(xiǎn)的，借助毫米波雷達(dá)傳感器可以很好地避免此類事故的發(fā)生。并且因?yàn)橛辛薃iP技術(shù)，毫米波雷達(dá)可以做得特別小，在車內(nèi)安裝也十分方便，還不會涉及任何隱私問題。由此甚至可以拓展另一項(xiàng)技術(shù)——DMS的功能，通過將毫米波雷達(dá)與攝像頭結(jié)合，對駕駛員的呼吸心跳等體征信息進(jìn)行監(jiān)測，以對潛在危險(xiǎn)狀態(tài)及時(shí)預(yù)警。

迎接自動駕駛商業(yè)化，高精度成像也是剛需

  毋庸置疑，憑借CMOS工藝不僅極大地降低了毫米波雷達(dá)的開發(fā)門檻，使其真正成為了大多數(shù)品牌車型都用得起的一項(xiàng)技術(shù)，也推動了CMOS工藝在毫米波雷達(dá)芯片領(lǐng)域的“走熱”，讓這項(xiàng)技術(shù)逐漸成為行業(yè)主流。那么在已有產(chǎn)品相繼市場化之后，更長遠(yuǎn)的未來毫米波雷達(dá)還將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢呢？主要有兩個(gè)方向：第一、高精度成像；第二、依舊是小型化和經(jīng)濟(jì)性。

  其中在高精度成像方面，傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)雖然可以準(zhǔn)確探測目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離、方位、速度等信息，但由于無法探測高度信息，所以無法成像，不能準(zhǔn)確識別目標(biāo)的形態(tài)，這也是毫米波雷達(dá)相較于攝像頭和激光雷達(dá)的短板所在。但對于L3及以上級別的自動駕駛汽車來說，這類高精度探測需求又十分迫切，如果毫米波雷達(dá)也可以實(shí)現(xiàn)高精度成像，不僅可以與其他傳感器進(jìn)行互補(bǔ)，甚至能在一定程度上取代昂貴的激光雷達(dá)。

  至于經(jīng)濟(jì)性和小型化方面，雖然現(xiàn)在毫米波雷達(dá)已經(jīng)逐漸在新車上搭載，但整體的滲透率其實(shí)還很低，特別是二十萬以下的車，至少還有一半沒有搭載，而未來5~10年考慮到ADAS在汽車領(lǐng)域仍將是主流，如何進(jìn)一步提升毫米波雷達(dá)的普及率？成本一定是關(guān)鍵因素。小型化帶來的好處則是安裝方便，并且可以同時(shí)在車上安裝多個(gè)毫米波雷達(dá)。

  要想真正推動ADAS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還需要更多的企業(yè)和上下游的伙伴參與其中，讓產(chǎn)品更好更快地落地。好的芯片設(shè)計(jì)也將帶動產(chǎn)品競爭力的提升和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。良性的競爭環(huán)境、車企客戶的快速導(dǎo)入、ADAS的普及等因素，最終會相互促進(jìn)，從而更好地助力汽車產(chǎn)業(yè)加速邁向智能化時(shí)代。