雷達芯片的案例
TI 第二代雷達芯片深度剖析
車載雷達是高級輔助駕駛(ADAS), 無人駕駛核心傳感器之一，而車載雷達芯片是車載雷達的核心，如今高度集成（MMIC + DSP/MCU)的車規級芯片為雷達小型化，高可靠性與穩定性，低成本提供關鍵途徑，其重要性不言而喻。
近期，TI公司正式上線下一代車規級高性能車載雷達芯片，
AWR2944
，同時發布與之配套的SDK，mmwave_mcuplus_sdk_04_02_00_01，參考設計工具箱toolbox, mmwave_automotive_toolbox_3_5_0，以及demo參考板 AWR2944 EVM，那么這次發布帶來哪些調整與升級，代表TI公司哪些雷達芯片產品設計思路，可能會對車載雷達行業產生哪些影響，我們來個deep dive。
AWR2944 TI定義為第二代車規級高性能車載雷達芯片，目前處于Preview階段。也就是可以提供芯片樣品或者可供評估的demo板，未正式規模量產。
▲ AWR2944
先來個關鍵點Device Overview
AWR2944依舊是祖傳45nm RFCMOS工藝，支持76-81GHz頻段，最高5GHz帶寬。
展開 雷達芯片的現狀及發展趨勢
來源 | Astroys
目前雷達芯片中GaAs（砷化鎵）技術已經被淘汰，SiGe（硅鍺）主要用于LRR芯片組。從SiGe到CMOS的過渡始于NXP在2015年推出的用于后向雷達的Dolphin芯片組。CMOS技術將雷達功能進一步整合到單個芯片上，實現了大規模量產并降低了成本。
向CMOS技術的轉變使得混合信號和射頻功能被整合到單個AFE（模擬前端）芯片上，并將功率放大器功能進一步整合到MMIC（單片微波集成電路）上。
更先進的節點
雷達芯片組的下一個趨勢是向更小的工藝節點發展，以提高集成度，從而降低尺寸和功耗。
Infineon的MMIC發展到了28nm CMOS。Bosch正在利用Global Foundries的22FDX工藝技術，采用22nm FD-SOI（Fully-Depleted Silicon-on-Insulator）。NXP的雷達芯片組平臺正在轉向16nm TSMC FinFET，以支持其成像雷達產品，并制定了向更小節點發展的路線圖。
芯片平臺策略
另一個趨勢是，汽車半導體供應商正在開發一個芯片組平臺，可以覆蓋所有類型的汽車雷達，從角雷達SRR到4D成像雷達LRR，通過“級聯”幾個芯片來提供成像雷達所需的高性能，同時利用規模效益來降低單位成本。
展開 關于毫米波雷達，你需要了解這些新趨勢
毫米波雷達走向77GHz頻段也給芯片設計帶來了挑戰，隨著工作頻率的升高，發射功率、接收機噪聲、鎖相環噪聲等指標都變得更難滿足，同時在芯片封裝中的寄生參數也更加敏感，因此對于芯片設計團隊的技術水準提出了更高的要求。
第二個毫米波雷達芯片的重要趨勢是CMOS工藝成為主流。毫米波電路傳統的實現工藝是GaAs等III-V族工藝，但是III-V族工藝的成本過高，同時集成度低無法在芯片上集成數字模塊，因此SiGe這樣的工藝得到了不少應用。而隨著CMOS工藝的特征尺寸不斷縮小，在28nm節點之后CMOS工藝已經能基本勝任毫米波雷達的波段，因此毫米波雷達也就自然而然轉向CMOS工藝。CMOS工藝除了成本低之外，另一個重要特性是能夠集成數字電路，因此TI，NXP等在數字和模擬領域都有深厚積累的公司也就在他們的CMOS 77GHz雷達芯片中集成了MCU等額外數字模塊，從而讓雷達芯片的控制甚至數字信號處理能夠在本地完成而無需再配備專用的處理器，這樣就降低了系統復雜度和成本。
TI AWR1642 77GHz雷達芯片的架構圖，其中除了雷達之外還包含了MCU以及DSP
第三個重要方向是毫米波雷達也在走向高分辨率。這里的分辨率不僅僅是目標測距的分辨率，更是指毫米波雷達的空間分辨率。盲點監測等傳統汽車毫米波雷達應用只需要雷達監測在視野的一定距離中是否有物體即可，至于該物體是位于視野中的哪一個位置則并不關心。
在自動駕駛中則希望毫米波雷達能夠得到視野中目標的具體空間位置，形成類似LiDAR這樣的點云去做環境建模，甚至通過機器學習方法直接分析出雷達點云中每個點對應的具體物體（是車輛還是行人），因此需要高分辨率毫米波雷達。為了實現高分辨率，毫米波雷達系統因此往往需要使用波束成形或MIMO等技術。
展開 南洋理工大學研發激光雷達硅基激光器，可大幅度降低成本
新加坡南洋理工大學（Nanyang Technological University，NTU）在激光雷達研究領域取得了技術突破，或將該款自動駕駛核心部件的成本降至1/200。此外，該技術產品的尺寸只有指尖大小。
由于激光雷達的機械運動部件（mechanical moving parts），導致激光雷達比輪胎更易受損。
如今，NTU的研發人員發現，可利用硅基激光器芯片發光，替代二極管。他們還采用了鍺的延展性，該類金屬通常被用作為三極管，這是科研人員首次發現與硅兼容的可發光材料。
價格便宜、性能更高
目前，即使是最便宜的常規激光雷達傳感器，其售價也高達10000新加坡元（約合7345.9美元），而固態激光雷達芯片的成本卻只有50新加坡元（約合36.7美元）（實現商用的情況下）。
當研究人員利用新技術實現該款激光雷達芯片的量產后，其市場售價或為50新加坡元，這將為許多計劃從事自動駕駛技術研發的小公司提供新的商機。
截止至目前，即使是常規的激光雷達，其售價也太過高昂，許多公司在選擇設備時被迫跳過該設備。
該款激光雷達硅基芯片的另一項好處在于，其圖像品質極佳，可提供較高的分辨率，這主要得益于該芯片的激光密度，其圖像的響應速度也較快。
該項技術突破或拉低其他技術的成本、縮短其研發周期、提升其可靠性。例如，該款激光雷達硅基芯片可安裝在無人機上，或許未來還能被用作手機芯片。
展開 
意行半導體推民用毫米波雷達MMIC解決方案
據中國臺灣媒體報道，據廈門意行半導體科技有限公司（IMsemi Technology）首席執行官兼首席技術官楊守軍表示，其公司產品已經廣泛被車載雷達、無人機、智能交通雷達和安保雷達等領域的知名公司所采用。意行半導體于2010年成立，是中國第一家致力于研發民用毫米波雷達MMIC（單片微波集成電路）的高科技公司。
楊守軍表示，意行半導體已經發布了一個24 GHz毫米波雷達單芯片SG24TR14 MMIC，可以同時發送一個信號和接收四個信號。而且該公司已經量產SG24T1/SG24R1套片，以及可向中國相關領域客戶同時發送一個信號和接收四個信號的SG24TR12單芯片。
楊守軍表示，毫米波雷達技術有望越來越多地應用于很多國家迅速發展的智能汽車中，但是，該技術仍需要3至5年，才能看到其在自動駕駛領域的需求出現爆炸性增長。此外，毫米波雷達技術在物聯網（IoT）、智能城市、智能家居和其他消費電子領域的垂直應用領域也有很大潛力，將為中國的毫米波雷達解決方案供應商提供新的商機。
意行半導體在廈門政府提供資助的IC（集成電路）設計公共服務平臺上，打造了一個致力于測試和研發毫米波雷達芯片和系統的平臺。2017年，該公司在A輪融資中，獲得中國寶安集團（China Baoan Group）和北汽產投（BAIC Capital）等公司的大量資金支持，使得該公司能夠迅速研發大量毫米波雷達芯片解決方案和雷達系統。
來源：蓋世汽車網
展開 毫米波雷達創業企業和誰在競爭？
▲圖4.在CMOS時代整體的格局變化有可能具備顛覆性
在這里，原有的英飛凌和NXP提供的方案為：
●恩智浦：S32R45/S32R294
恩智浦推出的是S32R45雷達處理器和TEF82xx收發器；低成本的方案，面向角雷達和前置雷達方案為S32R294雷達處理器并結合了恩智浦TEF82xx收發器。
▲圖5.NXP的芯片方案組
也正是由于英飛凌在汽車雷達芯片的統治地位，其在4D毫米波雷達上的進展就比較慢。
▲圖6.英飛凌的市場占有率很高
●德州儀器
德州儀器在毫米波芯片領域是開放式打法（努力很久沒有Tier 1買單），提供一站式解決方案AWR2243，包含收發器平臺解決方案包，包括硬件設計、軟件驅動程序、示例配置、API指南和用戶文檔， 含2芯片級聯和4芯片級聯方案，集成度更高的天線片上集成（AoP）芯片，使得自己成為了初創公司的4D成像毫米波雷達的主流方案。
▲圖7. TI的方案在AWR1243、1443和AWR1642屬于叫好不叫座
Part 2
初創公司的打法
●Arbe
這是一家已經上市的企業（可以通過投資者的定期交流看到一些信息）采用格羅方德半導體公司22nm射頻CMOS工藝來做4D成像雷達處理芯片——RFIC，附加自研算法和原創天線設計，推出了車規級4D成像雷達芯片組解決方案——Phoenix，甚至弄出來一個4D毫米波開發平臺。弄到后面，確實有要顛覆整體產業鏈模式的味道，讓車企沖出來，這不是可以破局了么？
展開 應用在汽車測距雷達中的測距傳感芯片
光距感 接近傳感芯片 - WH APS 4530A的應用：
手機設備：手機，平板電腦，PDA，移動POS機，TWS藍牙耳機
消費設備：液晶電視，iTOF相機，玩具
計算設備：筆記本電腦,液晶顯示器
智能家居：智能照明，智能窗簾，夜燈
戶外：監控系統，路燈
工業應用：汽車測距雷達
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展開 一文看透汽車芯片！巨頭布局技術路線全解密
同時，S32V234 芯片預留了支持毫米波雷達、激光雷達、超聲波的接口，可實現多傳感器數據融合，最高可支持 ISO26262ASIL-C 標準。
雷達芯片：S32R27 雷達處理器，采用兩個 e200z7 32 位 CPU 和兩個 32 位鎖步模式 e200z4，能夠支持自適應巡航控制、智能大燈控制、車道偏離警告和盲點探測等功能。
▲恩智浦營業收入（百萬美元）
▲恩智浦凈利潤（百萬美元）
▲恩智浦 Bluebox 自動駕駛開發平臺
英飛凌：覆蓋集成電路與功率半導體，視覺及雷達芯片支持 ADAS 功能。
汽車電子布局：英飛凌汽車半導體產品覆蓋車身半導體、汽車安全、底盤總成、動力總成、混合動力汽車和電動車、有源天線等。
自動駕駛平臺：英飛凌推出 Aurix 自動駕駛域控制器，可完成傳感器信號融合（雷達、攝像頭、超聲波和激光雷達）、計算最佳駕駛策略，并觸發汽車中的執行器，支持增強型 ADAS 功能，如交通輔助、自主避障等。
視覺芯片：可實現車道偏離預警、前向碰撞預警、交通標志識別、行人識別等 ADAS功能。
雷達芯片：1）77GHz 遠程雷達系統，采用 SiGe（硅鍺）技術保證高頻功能和耐用性，可用于避撞系統；2）24GHz 近/中程雷達系統，同樣采用 SiGe（硅鍺）技術，可用于盲點監測系統。
車內 3D 攝像頭芯片：英飛凌推出 3D 圖像傳感器芯片 Real3 系列產品，采用飛行時間（ToF）相機測量 3D 環境，可識別駕駛員行為并將此信息傳遞給 ADAS，還可以提升 HMI 體驗如手勢識別等 。
展開 ADAS推高毫米波雷達需求，上游企業如何跟進？
可喜的是，國內24GHz/77GHz MMIC關鍵技術也在不斷獲得突破，其中由意行半導體自主研發的24GHz SiGe雷達射頻前端MMIC套片，率先實現了國內該領域零的突破，現已實現量產和供貨。去年，加特蘭微電子發布了其國內首款77GHz CMOS車載毫米波雷達收發芯片。
總之，無論是現階段的ADAS，還是更高階的自動駕駛，甚至是終極的無人駕駛，毫米波雷達都會是汽車最核心的傳感器之一。雖然國產毫米波雷達突破了部分核心技術，但畢竟剛剛起步，我國毫米波雷達產業國產化任重而道遠，不僅需要芯片、模塊、系統級廠商自身的努力，更需要全產業鏈上下游的互動和支持，以及社會資本和政府的大力扶持。希望隨著毫米波雷達產業鏈生態的不斷完善，國產毫米波雷達芯片技術將逐步滲入車載應用并實現產業化。
展開 智能汽車芯片戰爭，國內車企路在何方？
據悉海高汽車的智能駕駛運算域控制單元搭載的就是寒武紀的MLU100芯片。
四維圖新則是在2016年全資收購了杰發科技之后，從此將產業鏈延伸到了汽車芯片領域。此前，杰發科技主要是聯發科控股的子公司，產品為車載信息娛樂系統芯片和解決方案。如今，其車載信息娛樂系統芯片在國內后裝市場份額達到了50%以上。與此同時，其也在繼續拓展其他汽車電子芯片方向，比如車身控制單元MCU和ADAS等產品線。
加特蘭微是專攻雷達芯片的企業。其在去年發布了首顆適用于車載的77GHzCMOS毫米波雷達芯片。該芯片是全亞太第一顆適用于車載雷達的77GHz收發芯片，并且已經實現了量產。雖然，當前24GHz毫米波雷達芯片有不少市場需求，但根本原因在于并非不愿選擇77GHz的產品，而是77GHz在技術上更難攻克。77GHz產品在性能和體積上都比24GHz更具優勢。未來智能汽車會裝在越來越多的毫米波雷達，因此體積是重要的因素，所以未來77GHz將取代24GHz產品。而這也預示加特蘭微的市場前景。
除此之外，還有百度、華為、阿里平頭哥等正在趕來的路上。
可以看到，國內企業在智能汽車芯片市場基本都是近三、四年剛剛起步，有些是從原本其他的領域轉到了智能汽車芯片市場，產品和技術等都剛推出不久。有些還在完善，有些還未量產，有些即便量產但還未得到一定規模的實際應用。相較于英偉達、英特爾等原本就是芯片領域的大佬，以及快速的應用落地，國內的智能汽車芯片市場無疑才剛剛起步。
智能汽車芯片的崛起
說到智能汽車芯片，就不得不提傳統汽車電子芯片。清智科技研發部總監潘智慧告訴鎂客網，傳統汽車電子芯片市場其實是比較窄的，制造汽車電子芯片的公司只有幾家，如恩智浦、英飛凌、德州儀器、意法半導體這幾家。
展開 一文讀懂汽車芯片--激光雷達及車規AEC-Q102認證
此外，掃描技術的演變還是產品邁向小型化、高性能、低成本的重要一環，是車載激光雷達能否實現商業化量產的關鍵因素之一。根據內部有無運動器件，激光雷達可分為機械旋轉式、混合固態式以及純固態式三大類別。
當前業界并無終極解決方案?；谔綔y距離、視場角、信噪比、體積、穩定性、成本控制、技術成熟度等多維度，對于不同測距原理、掃描方式下方案的整理如下表所示，可見不同方案均有各自優劣，主機廠在當前階段需在不同考量維度中進行取舍。
激光雷達主流分類方式及優劣性
2.產業鏈
激光雷達產業鏈上游為激光器、光源、光學部件、振鏡、模擬芯片、FPGA芯片等；產業鏈中游為激光雷達硬件廠商；下游產業鏈按照應用領域主要分為自動駕駛、高級輔助駕駛、服務機器人和車聯網行業。
整體而言，激光雷達全產業鏈表現出發展速度快、科技水平高、創新能力強、市場前景廣闊的突出特點。從國外產業鏈與國內產業鏈比較的角度而言，國外激光雷達上游企業由于起步更早，積累更為深厚，尤其在底層光電器件以及芯片領域擁有一定先發優勢。國外和本土激光雷達下游企業在產品性能和商業化進度方面不相上下，國內上游供應商也在近幾年發展迅速，有望實現與海外上游企業逐步持平。
激光雷達產業鏈全景圖
3. 激光雷達車規級標準
電子元器件的車規級標準就是AEC組織制定的一系列標準，其初衷是為了推動了汽車用電子器件的通用化。AEC標準極大地促進了汽車電子器件的資格通用化，降低了零部件公司及OEM的器件選擇、使用及變更成本，極大地提高了電子零部件及車輛的可靠性，提高了電子器件的通用化水平。
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半導體巨頭競逐汽車芯片市場
功能芯片市場格局亦存變數:
1) 傳統功能芯片廠商在保持原有份額的基礎上，積極拓展主控芯片，如恩智浦Bluebox、英飛凌Aurix、瑞薩R-Car等;
2) 功能芯片廠商之間通過兼并收購整合優勢，如恩智浦收購飛思卡爾、英飛凌意圖收購意法半導體等;
3) 半導體巨頭亦希望通過收購功能芯片廠商獲取車載技術及渠道經驗，如英特爾收購Mobileye，高通曾意圖收購恩智浦等。
恩智浦:提供完整汽車半導體解決方案，Bluebox平臺支持L4級自動駕駛。
英飛凌:覆蓋集成電路與功率半導體，視覺及雷達芯片支持ADAS功能。
汽車電子布局:英飛凌汽車半導體產品覆蓋車身半導體、汽車安全、底盤總成、動力總成、混合動力汽車和電動車、有源天線等。
自動駕駛平臺:英飛凌推出Aurix自動駕駛域控制器，可完成傳感器信號融合(雷達、攝像頭、超聲波和激光雷達)、計算最佳駕駛策略，并觸發汽車中的執行器，支持增強型ADAS功能，如交通輔助、自主避障等。
視覺芯片:可實現車道偏離預警、前向碰撞預警、交通標志識別、行人識別等ADAS功能。
雷達芯片:1)77GHz遠程雷達系統，采用SiGe(硅鍺)技術保證高頻功能和耐用性，可用于避撞系統;2)24GHz近/中程雷達系統，同樣采用SiGe(硅鍺)技術，可用于盲點監測系統。
車內3D攝像頭芯片:英飛凌推出3D圖像傳感器芯片Real3系列產品，采用飛行時間(ToF)相機測量3D環境，可識別駕駛員行為并將此信息傳遞給ADAS，還可以提升HMI體驗如手勢識別等。
▌瑞薩:多品類車載MCU和SoC，R-Car平臺支持L4級自動駕駛。
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此外，理想汽車還在國慶期間發布了新的產品交付方案，正常情況下理想汽車生產的理想ONE應配備5個毫米波雷達，但是根據新的產品交付方案，理想汽車在10月和11月交付的車輛僅安裝1個前正向毫米波雷達和2個后角毫米波雷達，計劃在12月到明年春節前為提車的用戶補裝剩余2個毫米波雷達。同時，理想汽車輔助駕駛系統（NOA）后期 OTA 需要在補裝完 5 雷達后進行。理想汽車表示，用戶可以自主選擇提前交付3雷達車型或者等到12月交付5雷達車型，理想汽車會根據用戶的意見來安排相應的交付。”
雖然蔚來、小鵬等造車企業銷量破萬，但是未來的產品交付情況并不樂觀。目前，全球汽車產業缺芯的問題依舊沒有得到緩解，許多半導體公司的訂單都供給給利潤更高的高端芯片制造，再加上全球新冠疫情反復，整個芯片制造業年內無法解決車企的“缺芯”問題。
中國汽車流通協會表示，預計10月銷量與9月相比有所上升，目前汽車芯片缺口峰值已經過去，未來芯片供應將會緩慢提升，但傳導至汽車終端銷售還需要3-5個月。（文/ 汽車行業關注）
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集成電路器件與設計的橋梁
博士期間，在新加坡南洋理工VIRTUS LAB 工作，在業界研究77GHz毫米波汽車雷達芯片，之后在復旦從事研究工作，碩士生導師。
主要研究方向為模擬射頻集成電路：適用于5/6G毫米波通信的相控陣收發機芯片、鎖相環PLL芯片、毫米波功率放大器芯片、77GHz FMCW 雷達芯片、高速有線通信芯片、新型MoS2芯片設計等。
集成電路通常采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在半導體襯底中。無論新型的二維芯片還是目前傳統的硅工藝芯片，其芯片的設計的主要目的仍然是實現特定的功能。從集成電路器件到芯片的設計中間的橋梁就是定制的模型和特定的拓撲結構。
本次以目前兩個熱門的題目為例說明，首先新型的神經網絡芯片?；趥鹘y的硅工藝神經網絡芯片需要大量的乘法和加法單元實現卷積的運算，如何實現低功耗高速的卷積運算是其中的核心問題，此外神經網絡的輸入通常為傳感器的數據。傳感器芯片和神經網絡芯片之間通常需要接口，大量的數據通過接口傳遞會消耗大量的功耗和芯片的面積。實現傳感和神經運算的結合是未來發展的重要方向，也是擬神經計算的關鍵。二維器件具有光、電、磁、氣體等感應，基于二維器件實現傳感是較為容易，但是基于二維的器件實現神經網絡運算并不簡單。相比于基于二維神經單元，通過軟件實現神經網絡而言，二維芯片實現神經網絡并且集成前向傳播網絡芯片更具應用價值。如何實現？首先是器件的建模，器件的建模打破了傳統二維芯片通過實驗迭代的方式優化電路，而是通過仿真不斷優化器件，從而實現快速高質量電路。
對于目前的5G和6G通信，毫米波芯片是傳輸的關鍵。
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