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汽車市場(chang)對供應(ying)商的要求一直很(hen)高。OEM廠(chang)商為了實現ADAS和自動(dong)駕駛技術，希望相關(guan)傳感器(qi)在(zai)提升安(an)全(quan)性的同(tong)時，尺寸能夠更小(xiao)、速度更快且成本更低。通常，ADAS包括多種安(an)全(quan)功能，例如自動(dong)緊急(ji)制動(dong)、車道監測以及障礙物(wu)警示等。

雷(lei)(lei)達，是一種障礙物探測(ce)技術，用于(yu)汽車盲點探測(ce)及(ji)其它安(an)全功能(neng)(neng)。“近年來，雷(lei)(lei)達模組的(de)尺(chi)寸(cun)獲(huo)得了大幅縮小，其散熱要(yao)(yao)求也(ye)越來越高，”NXP（恩智(zhi)浦）產(chan)品(pin)線經理Thomas Wilson說，“市(shi)場對雷(lei)(lei)達性能(neng)(neng)的(de)要(yao)(yao)求越來越高，而尺(chi)寸(cun)要(yao)(yao)求不斷縮小，因此成本壓力越來越大。”

目(mu)前(qian)，汽車中(zhong)應用(yong)的(de)(de)雷(lei)達(da)模組是相(xiang)對比(bi)較笨拙(zhuo)的(de)(de)系統，包(bao)含了(le)(le)多(duo)個基于不同(tong)工藝的(de)(de)芯(xin)片(pian)。因此，為了(le)(le)追求更小的(de)(de)尺寸和更低(di)的(de)(de)成本(ben)，Infineon（英飛凌）、NXP（恩智浦(pu)）、Renesas（瑞薩）以及TI（德州(zhou)儀器）正在(zai)(zai)開發(fa)在(zai)(zai)同(tong)一個器件上整(zheng)合多(duo)個元件的(de)(de)集成雷(lei)達(da)芯(xin)片(pian)組。

盡管這些雷(lei)(lei)達芯(xin)片組(zu)可以針對(dui)多種(zhong)不(bu)同的(de)ADAS應用，但是，它(ta)們也代表了一種(zhong)新的(de)設計趨勢。IC制(zhi)造(zao)商(shang)將不(bu)再采用多種(zhong)不(bu)同的(de)工(gong)(gong)藝(yi)來制(zhi)造(zao)各(ge)種(zhong)芯(xin)片，而是采用45nm和(he)28nm的(de)標準(zhun)CMOS工(gong)(gong)藝(yi)來集成雷(lei)(lei)達器件。當然，其它(ta)可選工(gong)(gong)藝(yi)還(huan)包(bao)括(kuo)22nm體硅工(gong)(gong)藝(yi)和(he)FD-SOI（全耗(hao)盡型絕緣硅）工(gong)(gong)藝(yi)。

實現(xian)ADAS和(he)自動駕駛的(de)另一種核心技術(shu)，激光雷達（LiDAR），是(shi)一種利(li)用脈沖激光來(lai)測量目(mu)標距離的(de)技術(shu)，也正(zheng)從(cong)笨重的(de)機械(xie)旋(xuan)轉掃描系統，向集成更(geng)多元件(jian)、尺寸更(geng)小的(de)固態單(dan)元發展，以降(jiang)低高昂的(de)制造成本。

雷達業界正在開發(fa)下一代高分辨率雷達，以期替(ti)代昂貴的LiDAR，不過(guo)，LiDAR開發(fa)商也并沒有(you)閑著。

事實(shi)(shi)上，目前(qian)并沒有(you)任(ren)何一種技(ji)術(shu)能夠滿足所有(you)ADAS或自(zi)動/無人(ren)駕駛(shi)要求(qiu)。如(ru)今，有(you)些(xie)汽車已經集(ji)成了先進的視(shi)(shi)覺系(xi)統和(he)(he)雷達系(xi)統。接下(xia)來，它(ta)們或許還(huan)會裝配(pei)LiDAR，這(zhe)意味著視(shi)(shi)覺系(xi)統、雷達和(he)(he)LiDAR技(ji)術(shu)將在一定(ding)時期內和(he)(he)諧共(gong)存(cun)，共(gong)同實(shi)(shi)現汽車ADAS及未來的自(zi)動駕駛(shi)功能。

每一種技術都有其優勢和短板。“LiDAR相比視覺和雷達，是一種昂貴得多的系(xi)統，但是，它在目標識別方面精(jing)度更高。不(bu)(bu)過，LiDAR在雪、雨、霧等惡劣的氣候條(tiao)件下(xia)也有其局限性。” Semico Research公司總裁Jim Feldhan說，“雷(lei)達(da)(da)似乎不(bu)(bu)太會受到天氣條(tiao)件的影響，但是雷(lei)達(da)(da)無法像LiDAR那(nei)樣(yang)精(jing)確的確定(ding)目標物(wu)體的尺寸和形狀。”

共同的目標：安全性更高的汽車

為了制(zhi)(zhi)造安(an)全性(xing)更高的(de)汽車(che)，汽車(che)制(zhi)(zhi)造商急(ji)需(xu)這(zhe)些專門針(zhen)對車(che)輛安(an)全性(xing)的(de)環境(jing)感知(zhi)技(ji)術。據美國(guo)國(guo)家高速公路交通安(an)全管理(li)局統計，94%的(de)嚴重車(che)輛事故都是由于駕駛員的(de)操作失誤而(er)造成(cheng)的(de)。

為(wei)此，近年來汽(qi)車產(chan)業(ye)為(wei)車輛配(pei)備了越(yue)來越(yue)多的(de)主被動安全(quan)功能(neng)。據NXP的(de)Wilson介紹，目前產(chan)業(ye)正朝(chao)著兩條(tiao)殊途同歸的(de)路徑發展，即新(xin)車評(ping)價規程（NCAP）和自動駕駛技術。

近年來(lai)，亞(ya)洲、歐洲和(he)美國推出了各(ge)自的NCAP指南(nan)。在這些(xie)新車(che)(che)評(ping)價規程中，汽車(che)(che)經過相應測試，基于車(che)(che)輛安全性給予星(xing)級(ji)評(ping)價。五星(xing)評(ping)價為(wei)最高等級(ji)，一(yi)星(xing)則最低。

“這種五(wu)星評價體(ti)系(xi)對車(che)(che)輛(liang)銷(xiao)售產生了巨大影響。越來越多的(de)消費者(zhe)傾向(xiang)購買(mai)擁有五(wu)星評價的(de)車(che)(che)輛(liang)，因為(wei)這類車(che)(che)輛(liang)的(de)安(an)全性更(geng)高，并且，保險費用(yong)也更(geng)低，”Wilson稱。

每個(ge)主(zhu)要地區都有自(zi)己的(de)NCAP標(biao)(biao)準。但簡(jian)單來說(shuo)，基本的(de)NCAP標(biao)(biao)準都包含了多種ADAS技(ji)術，例如自(zi)適應(ying)巡航控制、自(zi)動(dong)緊急制動(dong)、并線輔助、車道保持等。

NCAP及自動駕駛趨勢

自(zi)(zi)適應巡航(hang)控(kong)制，能夠幫助汽車(che)在車(che)流中，自(zi)(zi)動(dong)調(diao)整車(che)速、保證與前車(che)的安(an)全(quan)距離(li)，進行(xing)自(zi)(zi)動(dong)巡航(hang)。自(zi)(zi)動(dong)緊(jin)急制動(dong)功能，能夠在車(che)輛(liang)感(gan)知到有可(ke)能發生碰(peng)撞事故前，自(zi)(zi)動(dong)進行(xing)車(che)輛(liang)制動(dong)。

車(che)道保持(chi)功能(neng)，能(neng)夠幫助車(che)輛(liang)保持(chi)在一個(ge)車(che)道中巡航行駛，避(bi)免不安全的車(che)道變(bian)更。而并(bing)線輔助功能(neng)，能(neng)夠在車(che)輛(liang)轉彎或變(bian)換車(che)道時，探測后(hou)方(fang)或側方(fang)是否有車(che)輛(liang)等障礙(ai)物，向(xiang)駕駛員發出(chu)警示或制(zhi)動車(che)輛(liang)。

NCAP發展路徑圖推動(dong)了在汽(qi)車中(zhong)集(ji)成更多(duo)的傳感器。“例(li)如，自動(dong)緊急制動(dong)功能(neng)，即(ji)需(xu)要攝像頭，也需(xu)要雷達傳感器，” GlobalFoundries（格羅方德）汽(qi)車事業部副總裁Mark Granger說，“這種技術已經開始(shi)從超(chao)豪華汽(qi)車，下放到更多(duo)的中(zhong)端車型(xing)中(zhong)。”

除了NCAP之(zhi)(zhi)外，汽(qi)車(che)制造商還朝著包(bao)括自(zi)動(dong)駕駛(shi)汽(qi)車(che)在(zai)內的另一(yi)條(tiao)道路發展，自(zi)動(dong)駕駛(shi)技術也在(zai)推(tui)動(dong)攝像頭、LiDAR和雷達(da)的需(xu)求增長。盡(jin)管，十(shi)年或更(geng)久之(zhi)(zhi)內，全自(zi)動(dong)駕駛(shi)汽(qi)車(che)并不會(hui)成(cheng)為(wei)市場主流(liu)。

L3/L4級自動駕駛架構

任(ren)何(he)一種ADAS技術或自(zi)動駕駛技術都(dou)僅是實現(xian)自(zi)動駕駛架構的一部分(fen)，它(ta)們必須(xu)能夠無縫銜接地協同(tong)工作。

“例如，應用日益增長的V2V（車輛與車輛的互聯）以及V2X（車輛與萬物的互聯），意味著需要更多的車載雷達系統，”UMC市場部副總裁Steven Liu說，“這些系統還需要其它技術提供支持，包括汽車防碰撞雷達，全球定位系統，與交通信號燈及車輛調度進行識別和交互的等。這些系統(tong)都(dou)需要與車輛(liang)現有系統(tong)相(xiang)結合，如(ru)駕乘舒適及娛樂(le)控制(zhi)系統(tong)，以及控制(zhi)溫(wen)度、胎壓及燃油的(de)引擎監控子(zi)系統(tong)等。”

你是我的眼

據麥姆斯咨詢報道，汽車制造商同時采用多種方案來實現ADAS。例如，Tesla（特斯拉）生產的車型搭載了8個攝像頭，12個和雷(lei)達。超(chao)聲波傳感器利(li)用聲波來(lai)測量車輛與物體之間的(de)距(ju)離。

Tesla目(mu)前還沒有采用(yong)LiDAR，是因(yin)為LiDAR技術(shu)成本太(tai)高昂。其它(ta)正在開發自動駕(jia)駛汽車(che)的廠商(shang)，或將在其車(che)輛中同時(shi)應用(yong)攝像(xiang)頭、雷達和LiDAR。

不管在那種方案中，先進的視覺系統都是實現自動駕駛的核心部件。“近年來，基于攝像頭的傳感器已經能夠提供廣泛的測距功能，例如路標探測、車道偏離預警、遠近光控制、泊車輔助以及駕駛員狀態監測等，”TowerJazz公司CMOS業務(wu)部高級副總(zong)裁(cai)兼總(zong)經理Avi Strum說。

大陸(lu)MFC430TA、采埃孚-天(tian)合(he)S-Cam 3和博世MPC2汽(qi)車ADAS攝像(xiang)頭對比分析，圖片引自《大陸(lu)汽(qi)車ADAS攝像(xiang)頭：MFC430TA》

但是(shi)，攝像頭(tou)仍無法提(ti)供所有(you)的(de)(de)(de)安全功(gong)能(neng)(neng)(neng)。“事實上，Mobileye等廠商堅信(xin)，僅憑基于攝像頭(tou)的(de)(de)(de)傳感器便(bian)能(neng)(neng)(neng)提(ti)供完整的(de)(de)(de)ADAS解決(jue)方案(an)，”Strum說，“雖然基于攝像頭(tou)的(de)(de)(de)傳感器能(neng)(neng)(neng)夠(gou)在光(guang)照(zhao)良(liang)好的(de)(de)(de)條件下(xia)，以(yi)卓越(yue)的(de)(de)(de)分辨(bian)率(lv)感知周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)，但是(shi)在黑暗、雨、霧、雪等惡劣環(huan)境(jing)下(xia)，這(zhe)類傳感器的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)便(bian)會大幅下(xia)滑。”

這意(yi)味著基于攝(she)像頭的傳感(gan)器還有很大的改善空間，尤(you)其在動態(tai)范圍和近紅外靈敏度等方面，Strum補充道。

“雷達波”帶你浪

雷(lei)達也(ye)是(shi)ADAS和(he)自動(dong)駕駛的(de)(de)核心技術之(zhi)一。簡而言之(zhi)，雷(lei)達通過發射(she)(she)毫米波(bo)范圍的(de)(de)電磁(ci)波(bo)，電磁(ci)波(bo)遇(yu)到(dao)障礙物后發生反射(she)(she)，被(bei)雷(lei)達系統捕獲，由此計算便(bian)能確定(ding)障礙物的(de)(de)距離(li)、速度(du)和(he)角度(du)。

通常，OEM廠(chang)商會在車(che)輛中采(cai)用(yong)(yong)短距(ju)離(li)(li)和(he)長(chang)距(ju)離(li)(li)雷(lei)達。自適應巡航控制和(he)自動(dong)緊急制動(dong)功能采(cai)用(yong)(yong)長(chang)距(ju)離(li)(li)雷(lei)達（LRR）。長(chang)距(ju)離(li)(li)雷(lei)達一般裝配在車(che)輛前(qian)保險(xian)杠后方。

雷達(da)和自(zi)動駕駛汽(qi)車

前向長距(ju)離雷(lei)達采用77GHz毫(hao)米波頻(pin)(pin)率，探測范圍覆蓋(gai)160~200米。通常，前向雷(lei)達模組集(ji)成了(le)多(duo)種不同的(de)組件(jian)，例如微控制器（MCU）和RF（射頻(pin)(pin)）收發器。收發器負責將雷(lei)達數(shu)據(ju)通過鏈接傳送給MCU，由MCU進行(xing)雷(lei)達數(shu)據(ju)處理。

《英飛凌77 GHz雷達接收器和發射器：RRN7745P和RTN7735P》

MCU的制造往往基于CMOS工(gong)藝(yi)(yi)，正(zheng)從55nm或40nm工(gong)藝(yi)(yi)向28nm及以下工(gong)藝(yi)(yi)節點(dian)轉(zhuan)移。同時，單獨(du)的RF收發器一(yi)般基于高性能SiGe（硅鍺）RF工(gong)藝(yi)(yi)。也有(you)采(cai)用BiCMOS工(gong)藝(yi)(yi)。兩(liang)種技(ji)術都(dou)源自更成(cheng)熟的工(gong)藝(yi)(yi)節點(dian)。

前向長(chang)距離雷(lei)達(da)仍將保持(chi)在77GHz頻段，但是器(qi)(qi)件(jian)(jian)技術正在發展。以近期的(de)新產品為例，TI推出了(le)一款單芯片雷(lei)達(da)產品，在同(tong)一個器(qi)(qi)件(jian)(jian)上整合了(le)MCU和(he)收發器(qi)(qi)。這款雷(lei)達(da)芯片組(zu)基于45nm RF CMOS工藝，實(shi)現了(le)不(bu)同(tong)組(zu)件(jian)(jian)的(de)集成(cheng)。

“單芯(xin)片雷達傳(chuan)感器解決方(fang)案相比雙芯(xin)片解決方(fang)案，具(ju)有(you)諸多(duo)優(you)勢，”TI產品經理Kishore Ramaiah說(shuo)，“因為這是一種RF CMOS解決方(fang)案，它具(ju)有(you)更(geng)低(di)的(de)(de)功(gong)耗(hao)和更(geng)高(gao)的(de)(de)集成度，這意味著能夠帶來更(geng)小的(de)(de)尺寸和更(geng)優(you)化的(de)(de)BOM。”

不過，至少目(mu)前(qian)(qian)來(lai)看(kan)，前(qian)(qian)向(xiang)長距(ju)(ju)(ju)離(li)(li)雷達或仍將(jiang)(jiang)大部分(fen)采(cai)用分(fen)立解決(jue)方(fang)(fang)案(an)。“長距(ju)(ju)(ju)離(li)(li)雷達模組設(she)計(ji)還存(cun)在(zai)(zai)很(hen)多變數，我認為MCU和收發(fa)(fa)器(qi)還將(jiang)(jiang)在(zai)(zai)一(yi)定時間內保持分(fen)立設(she)計(ji)，”NXP公司的(de)Wilson說，“隨著時間的(de)發(fa)(fa)展，當RF CMOS技術發(fa)(fa)展到能夠(gou)支持長距(ju)(ju)(ju)離(li)(li)雷達的(de)RF性能要求(qiu)時，它相(xiang)比SiGe技術才會更有競爭力。我預(yu)計(ji)這兩種解決(jue)方(fang)(fang)案(an)將(jiang)(jiang)在(zai)(zai)一(yi)段時期內共存(cun)。”

 而短(duan)距(ju)離(li)（SRR）雷達(da)模(mo)組方面則有了切實(shi)的(de)設(she)計革新(xin)，目前大多數(shu)短(duan)距(ju)離(li)雷達(da)模(mo)組的(de)工(gong)作頻率為24GHz，探(tan)測距(ju)離(li)約60~70米。

安裝在(zai)汽車前后方(fang)兩角的短距(ju)離雷達(da)模組，可(ke)用于車道探測(ce)、車道保持等相關功能(neng)。同時，并線輔助(zhu)功能(neng)也采用安裝在(zai)前部側方(fang)保險杠的短距(ju)離雷達(da)。