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可用于L3自动驾驶,TI 77GHz毫米波雷达单芯片方案揭秘

毫米波雷达凭借可穿透尘雾/雨雪、不受恶劣天气影响、可全天候全天时工作等特点,正跻身为ADAS的核心传感器之一。据第三方市调机构数据显示:2020年中国车载毫米波雷达市场规模达36亿人民币,预计未来几年内,我国车载毫米波雷达将以40%的增长率快速增长。

近日,德州仪器(TI)发言人向《国际电子商情》等媒体,分享了其ADAS领域最新产品AWR2944毫米波雷达芯片,这是TI的第二代毫米波雷达单芯片,工作频段为77GHz,适用于自适应巡航、自动紧急刹车、向前碰撞预警等场景。FR9esmc

车载毫米波雷达未来可期

毫米波雷达的工作波段一般为30GHz-300GHz,波长介于微波和厘米波(1mm-10mm)之间,兼具微波雷达和光电雷达优势。从应用频段来看,成熟商用的车载毫米波雷达主要有两类:24GHz(MRR,短中距离雷达)和77GHz(LRR,长距离雷达)。其中,24GHz MRR探测距离在70米以内,适用于盲点监测(BSD)、变道辅助、自适应巡航(ACC)、自动紧急刹车(AEB)等场景;77GHz LRR探测距离为数百米,主要应用于自适应巡航、自动紧急刹车、向前碰撞预警(FCW)等场景。FR9esmc

本质上,24GHz产品与77GHz产品区别不大,但后者的体积小、功耗低、带宽高、分辨率好、探测距离远,被认为是未来汽车毫米波雷达的主流方向。目前,国内车载毫米波雷达产品以24GHz频段为主,其供应链已经相对成熟,市占率达到了50%以上。FR9esmc

《国际电子商情》记者注意到,2021年12月6日,工信部引印发了《汽车雷达无线电管理暂行规定》,该规定明确指出“为推动汽车智能化技术应用和产业发展,将76GHz-79GHz频段规划用于汽车雷达”。该规定也申明,从2022年3月1日正式实施起“将不再受理和审批24.25GHz-26.65GHz频段汽车雷达的无线电发射设备型号核准申请”。这意味着,77GHz车载毫米波雷达在中国汽车市场未来可期!FR9esmc

另据第三方市调机构数据显示:2020年中国车载毫米波雷达市场规模达36亿人民币,预计未来几年内,我国车载毫米波雷达将以40%的增长率快速增长。不过,我国毫米波雷达国产替代空间较大,市场份额主要被国际厂商占据,当前国产毫米波雷达约占20%-30%的市场份额。对国际毫米波雷达供应商而言,中国是一个极具潜力的市场。FR9esmc

TI可提供全套ADAS方案

正如上文所述,受极好的市场前景所吸引,国际毫米波雷达参与者更重视中国市场,而TI就是其中的一家。近日,TI面向中国市场推出了毫米波雷达芯片AWR2944,这是全新的第二代毫米波雷达单芯片。据德州仪器中国区汽车业务部总经理蔡征介绍,这是一款77GHz 的毫米波雷达芯片,在工作时信号可从芯片输出,通过高速信号链路解决方案,再回到处理器。FR9esmc

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“2021年被视为中国汽车自动化的元年,许多整车厂推出了自动驾驶/辅助驾驶车型,市场上出现百家争鸣、百花齐放的局面。” 蔡征解释说,ADAS的发展趋势由三大方向主导:一是相关法规,包括了新车评价规程(NCAP)、联合国第79号条例等等;二是汽车架构,好的架构能缩短新车上市的时间,为车企节约成本;三是新兴传感技术的应用,包括60GHz/77GHz毫米波雷达在驾驶疲劳检测系统(DMS)、自动辅助泊车场景上的商用。FR9esmc

以下几点信息,可突显自动驾驶、辅助驾驶的重要性:FR9esmc

  • 世界卫生组织发布的《2018年全球道路安全现状报告》显示,全球每年因交通事故致死人数达到了135万人;
  • 美国联邦公路管理局(FHWA)估计,有50%以上的交通伤亡事故发生在十字路口或附近区域;
  • 中国最新人口普查数据显示:截至2020年,全国共有91个人口超过500万的城市,中国也是百万人口城市最多的国家;
  • 联合国第79号条例明确了新的机动车辆安全要求和新车评价规程(NCAP)标准——汽车制造商必须改进其ADAS的转向系统,以实现支持智能辅助和自动驾驶的功能。

对此,蔡征强调说:“TI已经在自动驾驶、辅助驾驶领域耕耘十余年,产品涵盖了自动驾驶的各个领域,可帮助客户和Tier 1厂商快速设计出符合法规和自身系统要求的产品。”据了解,TI推出的ADAS系统相关的产品有三类:首先是感知类,包括了毫米波雷达产品,它能把车外情况、车内驾驶员状况信息数字化,并把这个信息传递给系统中的处理器。其次是处理类,TI在汽车处理器方面,积累了超过10年的经验,经历了TDA2x、TDA4x等产品的迭代。再次是通讯类,感知能力的提升增加了对数据吞吐量的要求,而传感器端(摄像头、毫米波雷达)收集的信息,通过高速信号链路来传递至处理器,TI可提供加串/解串产品,满足自动驾驶系统对数据吞吐量的需求。FR9esmc

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针对汽车摄像头和雷达应用的供电系统,TI还可以提供整套电源管理解决方案。AWR2944在设备安全和电源管理上都做了更新:在设备安全上,AWR2944内嵌了功能安全模块,内置R5F,有专门的内存、输入输出接口以及一些代码硬件。在电源管理上,基于AWR2944的单芯片方案集成了RF和RAM控制,本身RF、RAM的数据交换效率非常高,因此在整体能耗比上有很好的表现。FR9esmc

AWR2944单芯片方案的性能优势

自动驾驶系统可分为三个部分:一是感知,利用雷达、传感器技术,感应车外围道路的情况;二是决策,通过处理器对数据进行分析,给自动驾驶的决策机制提供控制策略;三是控制,通过主机来完成对整个车体的控制,从而实现规避风险的目的。随着自动驾驶系统功能不断提升,它对感知精度也提出了更高的要求。蔡征透露说,这也是TI研发AWR2944的原因之一。FR9esmc

关于AWR2944的性能、参数,德州仪器中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏做了详细介绍:“我们在2020年12月推出了第二代前级芯片AWR2243,经过客户的评估、测试、采用之后,AWR2243得到了很高的评价。现在,我们又推出第二代单芯片AWR2944,它符合AEC-Q100认证、ASIL-B级标准,与前一代产品相比,在很多方面都有升级。”FR9esmc

根据蒋宏的介绍,AWR2944雷达系统尺寸缩减了30%;AWR2944支持4个发射器和4个接收器,它的分辨率比AWR2243有所提升;AWR2944的RF综合性能比AWR2243提升了50%;AWR2944内置了DDMA、C-PHY等硬件加速单元,可提升40%的雷达探测距离;AWR2944也增加了内存、升级了处理器内核,能够内置更多高级算法,为客户的角雷达、前向雷达带来性能升级。FR9esmc

现在已经有车企把AWR2944使用在L2、L2+系统的角雷达、前向雷达中,以适应盲点监测系统(BSD)、自动紧急制动系统(AEB)应用。由于AWR2944支持4个发送器和4个接收器,当FOV(视场角)收敛时可精准探测前向目标,所以它还能被用作前向雷达。当然,如果汽车系统提升到L3、L4,AWR2944也可配合其他雷达,来作为毫米波传感器来使用。另外,AWR2944也可满足驾驶舱内的应用。目前,TI的60GHz毫米波雷达产品专注于智能座舱场景,可实现驾驶员体征检测、手势识别应用。FR9esmc

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由于77GHz的毫米波雷达的体积小,所以它的线路板面积很小,导致雷达射频线路设计难度交稿,成片成品率也较低。如前文所述,AWR2944雷达系统的体积缩小了30%、分辨率提升了33%、探测距离提升了40%,而TI究竟是如何解决射频线路设计问题和成品率问题的?FR9esmc

蒋宏回复说,射频线路和成品率其实是多方面的考量,天线设计是非常专业的领域,它不光是涉及到理论问题,也涉及到线路仿真测试、材料、工艺、做板等方面,以上这些都需要非常专业的技术积累,值得高兴的是,现在整个产业生态在这方面正快速进步。FR9esmc

再回到TI本身,TI可以协助客户解决射频线路设计问题。因为TI的芯片内部有非常多的自校准模块,例如车载雷达对工作温度的要求严格,汽车可能会行驶在低于-20℃或高于60℃的户外。针对严苛的工作温度要求,TI的IC有很多片内/片上/开环自校准,许多环节可环环相扣,确保产品的稳定性,这也能提升终端产品的成品率。FR9esmc

TI针对汽车、毫米波雷达的规划

从ADAS到自动驾驶,从L1-L5都需要法规先行,传感器的发展也需顺应相应的法规。自动驾驶汽车在对感知提出高要求的同时,也对传感器提出了“全天候工作”“探测距离更远” “感知信息维度更多/更精准”的要求。此外,在汽车领域也出现了智能化、传感器融合等趋势。FR9esmc

蒋宏认为,客户的实际需求也对传感器的发展起到了至关重要的左右。“带ADAS功能车一般会配置5R1V(5个毫米波雷达,1个视觉传感器),未来可能会配置8R(8个毫米波雷达),甚至还有更高的要求。众多雷达、传感器的加持,也促使整车厂考虑性价比问题。FR9esmc

蔡征说,TI在宏观方面的方向一直不会变。首先,TI在汽车领域拥有广泛的产品线,到现在有近8000个汽车产品,每年会推出数百个新品,这是TI一直会坚持的事情。其次,TI在2021年公布了产能扩充计划,这些产能将保障TI汽车芯片的供应。再次,由于中国的新兴市场在快速拓展,TI会与头部Tier 1厂商一直保持联系。“中央网关、自动驾驶等领域构建新的架构,是我们与国内车厂配合的方向。另外,我们也看到了车内通信升级换代需求,它对于通信速率的吞吐容量、传输效率的有效性都提出了苛刻的要求,TI通过新产品的发布来增强对相关市场的支持。”最后,智能化趋势带来新的机会,比如智能LED大灯不仅具备照明功能,还具备人机交互功能,TI也在与头部客户探讨和规划相关领先设备和创新应用。FR9esmc

自2021年开始,中国市场的前向雷达增长非常快。很多咨询公司预测表示,到2023年,中国会成为全球最大的前向雷达市场。TI的很多客户开始基于AWR2243芯片,做2片级联、4片级联4D成像雷达,这种雷达保持了毫米波对测距测速的精准度,也在角度分辨率方面也有极大提升。FR9esmc

此外,也会有很多应用在摄像头和毫米波方面做数据融合,从传统的后融合、结果融合,到混合式融合、前融合。TI在第二代毫米波雷达增加了高速输入输出接口,其中AWR2243已经量产,AWR2944正式推出。蒋宏透露,AWR294x是一个家族,未来会推出更多不同配置的版本。“后续再推出几个更有性价比的产品,这也是我们规划的路线图之一。TI也在规划第三代毫米波雷达,随着开发进展的深入,未来会向大家分享更多新品。”FR9esmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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