来了汽车雷达高分辨率

十几个创业公司正在开发高分辨率雷达芯片,使用各种调制方案和过程,如CMOS、FD-SOI甚至超材料。

理论上,高分辨率的雷达可以促进今天的汽车雷达的功能,以及消除需要一个单独的激光雷达系统。但技术仍处于研究阶段,尚未证明商业。

“在某种程度上,这些(高分辨率雷达芯片)公司在雷达下飞行,”马克·格兰杰说汽车的副总裁GlobalFoundries。“他们将对激光雷达发起挑战。”

与协助,或者汽车自动驾驶功能,车辆可能包含三个传感器types-cameras、激光雷达和雷达。用脉冲激光来测量距离,激光雷达(光成像、探测和测距)可以准确地识别对象,但它是昂贵的,在天气条件有一些局限性。

雷达使用无线电波探测对象和比激光雷达更便宜。但它也有麻烦的实际对象,这就是为什么公司正竞相开发高分辨率和成像雷达。今天的雷达芯片为当前应用程序工作,但需要更好的雷达在更高级的汽车。

”趋势自主驾驶进展迅速,需要高分辨率的雷达也在不断增加,”Michael Knebelkamp表示产品营销主管NXP。“硬件解决方案是可用的,现在正在测试,和软件和算法仍在发展。”

NXP,开始为高分辨率的雷达提供解决方案,正在测试的车辆。太过早高分辨率的雷达是否会成功,更不用说取代激光雷达。和高分辨率的雷达,这不是一项新技术,都有自己的问题。多年来,国防/航空航天、气象和其他高端领域使用了高分辨率的雷达。但将这一技术引入汽车市场是具有挑战性的。在汽车、芯片必须满足严格的成本、电力和安全规范。

”(高分辨率雷达)不是一个简单的技术。雷达的知识主要来自于国防工业公司,”首席执行官说科比·Marenko Arbe机器人技术,一些新的初创企业之一高分辨率芯片市场。“我们没有看到数以百计的公司这样做。大约有10个公司正在做的高分辨率的雷达。我认为两个或三个才能生存。”

什么是雷达吗?
一般来说,汽车行业汽车分为五个主要domains-body、连通性、融合/安全、信息娱乐,和力量训练。

图1:半导体普遍用于汽车。来源:联华电子

融合/安全包括相机、激光雷达和雷达。这些技术都是针对高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶技术。ADAS涉及各种安全特性在车里,如自动紧急制动、车道检测和警告后对象。

融合/安全性和其他领域包括众多的芯片。在汽车中,芯片的需求比其他行业不同。“你不能失败,因为有部分影响安全,”罗伯特·卡佩尔说高级营销主任KLA-Tencor。“所以你看到很多不同级别的质量和产量。还有一个关注潜在的可靠性的缺陷。一部分可以通过考试,但是失败了,随着时间的推移,在一辆汽车。需求正在改变。”

今天,在一些高端车型,汽车通常包含摄像机和雷达。一般来说,激光雷达对大多数汽车太贵了。

对于那些汽车、oem厂商使用短期和远程雷达。自适应巡航控制系统和自动紧急制动使用远程雷达(远程雷达)。对于远程雷达,雷达模块位于中心的车前面。前置远程雷达操作在毫米波频率在77赫兹范围从160到200米。

位于汽车的角落里,SRR模块用于车道检测。作为车辆转向更高级的ADAS函数,SRR雷达发展的24兆赫到79兆赫波段。

图2:自主汽车雷达。来源:NXP

简而言之,雷达传输电磁波在毫米的范围内。波反弹对象,然后反射回来的信号。雷达系统然后捕捉信号识别范围,对象的速度和角度。

汽车雷达、行业使用mmWave技术称为调频连续波(FMCW)。”FMCW雷达传送一个调频信号不断为了测量范围以及角和速度,”据Karthik Ramasubramanian,雷达系统在德州仪器公司经理。

FMCW雷达擅长探测对象在附近的广角视图可接受的解决方案。一般来说,技术是相对便宜和不受天气条件的影响。

它也有一些缺点。“雷达不精确再现障碍和功能在周围地区,“Lidow亚历克斯说,高效的能量转换(EPC)的首席执行官的供应商出(GaN)芯片。EPC供应GaN调速发电机设备,激光雷达系统的供应商。

“雷达使用微波,反弹某些对象(如金属或混凝土),但通过其他类型的对象(如人类、动物和塑料),“Lidow说。“此外,由于雷达梁不是columnated,分辨率很差。,更糟糕的是发射机的距离增加。因为这些缺点,雷达单元需要摄像头来帮助理解环境。这意味着需要快速图形处理和深度的学习。”

基本的安全特性,FMCW雷达是合适的。但随着oem走向更高级的ADAS特性,他们想要的传感器与更多和更快的能力。

为此,oem可以走几个路径。首先,他们可以添加更多的雷达模块车,但这并不能解决resolution-limited FMCW问题。

其次,厂商可以添加激光雷达,也有一些权衡。“远看来,激光雷达高分辨率,今天是最好的技术含义的距离以及速度和准确测量它在250米的能力,”伯特法国说,高级GlobalFoundries产品线管理主管。“雷达系统可以检测到有一些。但他们无法检测,这是一个人或一只狗,例如。”

激光雷达有一些缺陷。“激光雷达使用GaN和其他技术来生成激光和光学。这是非常昂贵的,”法国说。

所以现在,没有一个科技做很多事情。一些厂商可能会使用所有technologies-cameras、激光雷达和雷达对冗余的目的。其他人有不同的观点。例如,特斯拉不使用激光雷达,因为它太贵了。相反,特斯拉的车辆将摄像头、超声波传感器和雷达。超声波传感器测量距离物体通过声波。

随着时间的推移,然而,高分辨率的雷达可以扮演重要角色“创新发生在雷达。(这样做是为了)带来同样的高分辨率雷达,激光雷达,所以你甚至可能不需要激光雷达。然后你就可以有一辆车的低重量、低成本的雷达系统有相同的高分辨率,”法国说。“High-imaging雷达是一个热门话题。大汽车制造商都在看着它。把今天的雷达,这是低分辨率FMCW雷达,激光雷达可以给你相同的分辨率,但在大幅降低成本结构”。

那么今天的雷达和激光雷达分辨率比较?和雷达需要多少进一步进步匹配或超越激光雷达?

”有许多性能指标对这些传感器,可以比较,”马库斯说梦露,技术营销专家国家仪器。“雷达看到改善能力、视场角分辨率,这是最相关的指标比较雷达和激光雷达的时候。”

权力和视场是众所周知的事情。“角分辨率的最小角分离两个平等的目标时可以分离在同一范围内,”门罗说。“这是由光束发散度,这是波长的函数和光圈大小。因此,改进的角分辨率允许小对象的检测以及多个对象之间的歧视很近。”

图3:高分辨率的雷达和激光雷达。来源:NXP

基于这些指标,雷达有办法去关闭与激光雷达分辨率差距。高分辨率的雷达将缩小差距,但激光雷达也推进,这意味着雷达是追逐一个移动的标靶。

“雷达正在持续改进。新的天线设计和先进的处理算法给雷达的新功能,允许它用于领域先前没有被使用,如行人检测,”他说。“激光雷达也在降低成本,接受自己的进化运动固态和新连续波形的版本。”

所以technology-LiDAR或雷达将最终获胜?“我们预测,这些传感器和相机都将继续扮演同样重要的角色在持续的自主汽车革命,”门罗说。

不同的方法
与此同时,许多公司最近出现了高分辨率雷达前端芯片。这些公司包括Arbe, Autoliv, Echodyne Metawave, RADSee,球面度等等。此外,NXP是追求它。Imec的研发组织,也是工作。

供应商正在采取各种方法。一些正在开发FMCW的改进版。多其他正在开发多输出(MIMO)技术。

引入这项技术厂商汽车市场不是易事,虽然。
NXP和其他有助于速度的技术。

“NXP是与合作伙伴紧密合作来验证性能和完善下一代产品,不断推动雷达传感器的最大性能,“NXP Knebelkamp说。

这是所有去往何处?“今天的雷达车主要用于ADAS的自适应巡航控制的功能。在自适应巡航控制系统应用程序中,雷达所需要做的就是按照车是正确的在你的面前,“Arbe Marenko说。“真的不需要高分辨率。你需要看到在你面前的是一大块金属探测范围和也许速度。”

但随着oem厂商添加更多ADAS功能车的避碰,他们需要更好的雷达。

事实上,避碰是第一批申请Arbe高分辨率雷达的芯片技术,根据Marenko。“我们开始发展高分辨率雷达的愿景,可以给相机照片,但与所有雷达的优点。它工作在任何天气和高达250米,”他说。“它能检测多普勒效应和相对速度的对象。它生成以每秒50次的照片。恢复率高和检测之前完成。”

用于航空、气象学和雷达枪、多普勒雷达距离产生速度的数据对象。

Arbe、制程芯片制造商正在开发一种three-chip解决方案,其中包括一个发射器、接收器和无线处理单元。在79/80 GHz,指定设备是基于从GlobalFoundries FD-SOI 22 nm制程工艺。

Arbe技术需要的一些元素的军事在FMCW雷达和实现它的计划。具体来说,技术使用合成孔径雷达(SAR)的某些方面。使用连续脉冲无线电波,SAR军事系统中用于创建2 d / 3 d图像的对象。

系统中,SAR雷达看起来横盘整理。在汽车不工作,雷达需要向前看。

FMCW有限,所以这个行业需要一些新的创新。“我们的新奇是FMCW的新方法,将使它与天线(大量的),“Marenko说。

为此,芯片需要更多的渠道比传统雷达设备。“当你(更多)通道和数据,不能实时处理它与今天的处理器。这是大约90 gb,所以这是一个疯狂的数据量,”他说。“我们开发了一种专用芯片,与一种新的信号处理方法。这是一个雷达加速器。”

为实现其目标,该公司使用22纳米FD-SOI的过程。“这有助于增加渠道的数量。我们能够有更多的接收器和提高分辨率,”他说。“我们也能够增加芯片的功率输出。所以我们可以得到更长的范围。”

另一个启动,球面度半导体,正在开发一个28纳米cmos, mmWave成像基于版本的FMCW雷达设备。

球面度声称它可以提高雷达的决议八倍以更低的成本。“我们的技术转换传统的雷达few-obstacle追踪装置——天气地形测绘设备,“说Gireesh Rajendran,首席执行官球面度。“我们正在使用FMCW物理层的调制评价平台。我们的雷达成像/地形映射算法,将无关的物理层调制方案。”

然后,在另一种方法,Imec发展汽车基于MIMO雷达设备。Imec已经开发了一个79兆赫雷达设备,现在在140 GHz技术工作。两者都是基于28纳米CMOS。

文中使用多个天线。在操作中,传输天线辐射波形。然后,每个接收天线接收这些信号。“高分辨率数字雷达,米姆数组看起来前途无量,“维姆·范·Thillo说,项目负责人Imec。”的挑战,我们应对功耗和成本。”

不过,140 GHz技术有几个优点超过79 GHz。“多普勒频移2 x 140 GHz高于79 GHz,”Van Thillo说。”(它)在更大更好的距离分辨率带宽高角分辨率对于一个给定的天线孔径或一个较小的天线孔径对于一个给定的角分辨率。”

与此同时,启动Metawave-a剥离从施乐的PARC-is开发一个不同的解决方案,结合SAR军用雷达的元素,超材料和人工智能。

技术,被称为超材料Frequency-Adaptive转向技术(M-FAST),像米姆,但它是不同的。Metawave雷达引导指令射频波束可以确定的位置和速度在全天候条件下道路对象。

Metawave正在模拟雷达。“他们的军事存在。在军队,他们使用雷达导弹跟踪,例如。而不是一个全向波束,他们有一个高度定向的光束转向动态,”伯纳德说混浊,在Metawave首席技术官。“汽车工业从仅仅因为成本。模拟雷达是昂贵的和权力饥渴,因为他们使用我们所说的相移。你正在使用微波集成电路相移(为什么)成本会越来越高。”

Metawave设计了一个扫描阵列技术。美国相控阵列的性能,但是没有成本,复杂性和功耗。“我们依靠超材料来做,”他说。“我们有这些工程结构能够模仿的相移。”

该公司还发现了一种方法来克服SAR的问题。在特别行政区,雷达机械的方式移动。“在我们的例子中,我们没有把雷达机械。梁本身移动。我们是电子转向光束。通过电子控制光束,我们有能力重建现场。这是意味着我们缝合所有不同的梁采取的快照,”他说。

激光雷达是什么呢?
在出现high-imaging雷达、激光雷达正在取得进展。例如,调速发电机最近推出了与128年激光激光雷达系统。系统70%小范围的两倍和四倍的分辨率之前64 -梁模型。

还有其他的创新。联电,正致力于提高激光雷达成像技术。联电不是使光电探测器的激光雷达。“我们的28 nm / 22纳米射频团队正致力于mmWave-based激光雷达成像技术可以满足5 g以及所需的规格提供成本优势,这些传感器产品的需求,”史蒂文·刘说,负责营销的副总裁联华电子。

“我们进来,是激光雷达的后端,它将使用mmWave沟通(车辆)在速度高于5克,”刘说。“其操作是28 GHz以上传输范围能够沟通从汽车到识别系统与低延迟和快速反应。这是一个主要的问题在支持ADAS和激光雷达的28个GHz mmWave支持有限的范围和需要非常接近5 g基站支持28 GHz以上信号。高传输速率光纤传输将连接这些基站。这是预期为2020年及以后这些技术仍在发展。”

激光雷达的供应商也压低成本。这同样适用于雷达。”(随时间变化),雷达和激光雷达将便宜,“EPC的Lidow说。“汽车工业研磨下来的成本的一种方式。”

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