英飞凌和IMEC联合开发79GHz ALL-CMOS雷达

雷达传感器是无人驾驶汽车的关键技术。因此,在这一细分领域获得技术领先,是供应商能够在汽车驾驶领域获得市场领先地位的先决条件。芯片制造商英飞凌近日宣布,将和比利时微电子研究中心合作开发下一代雷达系统。

雷达传感器对自动驾驶汽车而言,其重要性不言而喻。因此,针对该领域推出的产品技术够不够前沿,是一家公司能否跻身汽车行业供应商前列的关键。近日,芯片制造商英飞凌宣布同比利时微电子研究中心IMEC达成合作协议,共同开发下一代雷达系统。如果你对IMEC的行业地位有了解的话,就能明白英飞凌此次强强联手的野心了。

AI和边缘计算的史无前例盛宴,传统芯片巨头和新势力虎视眈眈,来势汹汹;全球模拟芯片龙头TI也是按奈不住,携着秘密武器拍马杀到。我们好奇的是,这次TI会用什么来撬动这个巨大金矿呢?

IMEC是射频技术、雷达应用IC及天线设计领域的全球领导者。此次两家单位的合作将专注于汽车应用的79GHz
ALL-CMOS 雷达芯片的深入开发。他们已经开始利用28nm
CMOS技术开发了一款用于演示的集成电路,并计划于2016年第三季度拿出芯片样品。在2017年初,希望能够基于该芯片制造出一款雷达系统样机。

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TI的数字战略

2018年,TI模拟器件年增长9%,营收108亿美元;TI嵌入式产品年增长1.6%,营收35.5亿美元。相比在模拟器件领域的一统江湖,独步天下,TI在嵌入式产品的领先优势还面临诸多挑战。

目前,用于汽车的 AWR 毫米波传感器,用于工业、无人机和医疗应用的IWR
毫米波传感器。这是TI在毫米波传感器里的重要布局,也是其切入并加强人工智能和边缘计算的核心技术,更是嵌入式产品在其体系地位的重要拉升。

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尤其是人工智能和边缘计算,面对英伟达,英特尔,Xilinx等传统巨头的老树新芽,TI不可能无动于衷。既有资历深厚的MCU,也有全球第一的DSP,TI自然会想着该怎么下好这一盘来势汹汹的AI棋局,旗下的毫米波传感器义无反顾的被推举成为了行业急先锋和杀手锏。

如今的汽车驾驶辅助系统,最多使用了三个不同的雷达系统。专家预计未来高度自动驾驶汽车,将会使用多达10个这样的雷达系统来辅助驾驶,除了这些雷达系统,还需要另外10个基于摄像头和LiDAR技术的传感器系统。

IMEC是射频技术、IC雷达应用及天线设计领域的佼佼者。此次英飞凌牵手IMEC,将主要进行车用79GHz
全CMOS雷达芯片的产品研发。到目前为止,合作双方已经基于28nm
CMOS技术开发了一款用于演示的集成电路,并计划在2016年第三季度展示芯片样品。此外,按照双方的规划,2017年初,将推出以该样品芯片为技术核心的雷达产品。

杀手锏

从目前的热点来看,提起毫米波雷达,自然会想到自动驾驶。即便是自动泊车这类应用,由于成本因素,毫米波雷达传感器也只是刚刚启动它的商业机会。这种情况在诸如自适应巡航控制、前向防撞报警、辅助变道、盲区监测等ADAS应用中也类似。

基于自身的特性,除了汽车领域,毫米波雷达可以广泛的应用于自动化工厂产线、安防监控、医疗设备、箱内液位感测、机器人视觉和无人机等场景,而在MMIC解决了雷达模块的体积和成本的瓶颈后,其应用场景更加多元。

TI是全球首家提供世界上最精确的单芯片CMOS雷达传感器的公司。凭借微控制器、射频前端、硬件加速器和可编程数字信号处理器,TI毫米波传感器可以计算物体的范围、速度和角度(其分辨率比市面上的其他雷达传感器高出三倍)。

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京东无人仓视频地址:

京东无人仓,毫米波传感器在工业级市场的杰作!

英飞凌传感与控制事业部副总裁兼总经理Ralf
Bornefeld解释说:“我们的开发目标是建立一套360°全景传感器成像系统,是一种汽车‘安全屏障(safety
cocoon)’。”他声称公司还计划开发一款单芯片CMOS雷达传感器,以满足对近距离传感有较高要求的自动泊车应用。不过,英飞凌并不打算将CMOS技术应用于所有的汽车雷达。“SiGe雷达将继续和CMOS雷达长期共存。”Bornefeld说道。

*IMEC成立于1984年,总部设在比利时鲁汶,目前是欧洲领先的独立研究中心。其研究方向主要集中在微电子,纳米技术,辅助设计方法,以及信息通讯系统技术,平均年收入超过一亿两千万欧元,均来自于其他合作者的授权协议及合约。IMEC的客户包括英特尔、ARM等世界各地的半导体和系统厂商,以及欧共体,欧洲航天局等国家政府单位。

集成的杀手锏

TI毫米波传感器可将模拟和数字电路集成到一个芯片上,为了方便工程师,这次甚至连天线都一起集成了(据悉ADI也是集成了天线)。而且TI预测,到2025年,毫米波将成为自主驾驶汽车前方雷达系统的关键技术。

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IWR6843 智能毫米波传感器标准天线插件模块

新款79GHz雷达技术相比目前已成熟的24GHz技术,具有更好的角度和频率分辨率。更高的频率分辨率能够利用多普勒效应实现快速测量。“我们将为雷达传感器原型集成MIMO天线,以实现对大尺寸物体、行人和自行车的识别,”IMEC视觉系统项目负责人Wim
Van Thillo解释道,“因此,该合作开发项目将为交通安全做出重要贡献。”

值得一提的是,2015年6月23日,中芯国际与华为、比利时微电子研究中心以及高通附属公司Qualcomm
Global Trading Pte.
Ltd.签订合作协议,四家公司将共同投资成立中芯国际集成电路新技术研发有限公司,新公司将致力于开发下一代CMOS工艺。

60GHz标准的门槛

由于欧洲电信标准协会和美国联邦通信委员会制定了频谱法规和标准,24
GHz的UWB将被淘汰。截至2022年1月1日,24
GHz超宽带将不再允许在欧洲和美国用于工业用途。其他地区也将实施类似的法规,而60
GHz频段的射频使用不受当前或未来法规的限制,使得60GHz成为全球工业环境中雷达传感应用的良好替代方案。

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由于Ti 60 GHz毫米波传感器提供4
GHz的UWB带宽,一旦法规生效,将产生16倍的可用带宽。TI的毫米波传感器不仅可以处理数据采集,还可以处理诸如在单个芯片上进行目标分类等高级应用,从而在边缘提供智能。

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这样一来,TI的毫米波传感器就有机会抢跑人工智能赛道了?

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海康威视与TI的联盟

据悉,海康威视与TI在杭州总部设有联合实验室,是TI
DSP全球最重要的合作伙伴之一,也是TI
DM64X达芬奇平台芯片全球最大用户之一。工业场景有很多领域会用到毫米波和摄像传感的融合感测,在工业物流机器人上,海康威视利用TI技术推出了系列机器人产品,并用在了京东无人仓等场景。

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IMEC提供的79GHz雷达芯片解决方案

当然,全球毫米波传感器芯片主流厂商,除了TI,还有NXP、英飞凌、ST和ADI等知名芯片企业。TI想要在这个领域称霸,面临的对手还不少,需要解决的问题还很多。不过,MCU+DSP+AWR/IWR的组合,就连NXP和英飞凌也是难以抵抗的,所以这一次的AI盛宴,TI志在必得,不容有失。

如今,具备驾驶辅助功能的车辆一般会装配多达三套雷达系统。将来,全自动驾驶汽车可能会装配十套雷达系统和十多套摄像头或激光雷达系统。这也是为什么mobileye计划推出的EyeQ5芯片在传感器融合功能方面,支持多达20个传感器接入的原因。

英飞凌传感&控制事业部副总裁兼总经理Ralf
Bornefeld指出,这些由雷达、摄像头或激光雷达组成了一套360°全景传感器成像系统,类似一种包裹汽车的“安全屏障”。他还透露称,英飞凌还计划开发一款单芯片CMOS雷达传感器,将其应用于对近距离传感有较高要求的自动泊车系统。不过Bornefeld同时也指出,“基于全CMOS技术打造的雷达并非能够取代其他雷达产品的万金油”。

首先是成本问题。除非市场需求量很高,否则相比主流的传统SiGe双极型晶体管制造工艺,全CMOS雷达芯片的生产成本还是很高;

其次,高度集成化的CMOS雷达芯片适用于对应用灵活性要求不高的产品。换句话说,标准化的程度越高,全CMOS雷达才会比基于SiGe技术打造的产品有优势;

最后,28nm
全CMOS雷达芯片无法满足长距离车用雷达的使用需求。因此,如果需要雷达产品应用的灵活度较高,那么至少未来10年的中短期内,基于SiGe打造的雷达芯片可能依然是市场主流技术。

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因此,Bornefeld也表示,“英飞凌并不打算将赌注全部押在CMOS技术上。未来,基于SiGe和CMOS技术打造的雷达芯片产品会并存于市场”。

相比目前较成熟的24GHz雷达芯片技术,频率为79GHz的雷达在探测角度及频率分辨率上表现更出色。而更高的频率分辨率则能够利用多普勒效应获得更为精确的车速数据。据IMEC视觉系统项目负责人Wim
Van
Thillo介绍,未来计划推出的基于这款雷达芯片打造的传感器样品将集成MIMO天线,以实现对大尺寸物体、行人和自行车的识别。换句话说,IMEC已经在开发具备机器学习能力的雷达传感器。

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据IMEC感知系统研发负责人Wim Van Thillo透露,除了联合英飞凌开发28nm
79GHz的全CMOS雷达芯片,IMEC同时还在进行140GHz高频雷达芯片的研究工作。在该频率下,雷达向外发射的无线电波波长为2.2mm。高距离分辨率是衡量雷达成像质量的关键指标之一,而要实现高距离分辨,雷达的瞬时信号带宽必须很大,因而如何让一枚面积只有1平方毫米的雷达芯片的信号带宽超4GHz,这是IMEC目前正在努力研究的问题。

未来,一方面通过信号处理得到车速的准确信息,同时在雷达芯片上集成能够进行模式识别和机器学习的算法,意味着雷达同样能够通过微多普勒特征识别并辨别出行人、自行车和其他机动车辆。如果将这些具备机器学习能力的雷达和其他摄像头、激光雷达等传感器进行融合,相当于为自动驾驶汽车增加了另一层安全保障。

小结

照目前的发展趋势而言,雷达传感器的市场正呈现逐步增长的态势。众所周知,目前在美国已经有20家主机厂承诺从2022年开始将在市场出售的车型中增加类似自动紧急刹车的功能,而雷达传感器因为成本低廉的原因(比基于摄像头的视觉识别传感器便宜),正受到车企和供应商的追捧。谈到这里,又想到了Mobileye计划推出的EyeQ5芯片,自动驾驶市场技术格局的悄然变化恐怕也是Mobileye从视觉识别走向传感器融合的内在动因吧。