可用于L3自动驾驶，TI 77GHz毫米波雷达单芯片方案揭秘

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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。

+ q+ o2 b  X6 F  m8 m3 f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。
( |5 d* f3 R9 x! R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。
, {& ^$ @0 H8 M3 o& o$ J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。

' p( n+ `5 x; c) g9 b% Q" m; J《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！
3 T9 {: d' h6 H' l% Y4 v* M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。
& x: H: ]4 J: |1 iTI可提供全套ADAS方案
- v' G5 a4 X% A4 ~' U3 W' N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。

" R7 u) i; Q0 r2 t1 r“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。
! h4 t, M0 A0 n" n. K以下几点信息，可突显自动驾驶、辅助驾驶的重要性：
  }# Q3 j& `' |2 r* c, a) ]2 J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；
- y4 E9 }8 s: f/ L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；
; |! U9 D4 k8 K& N0 U. i7 G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。
* a7 Y2 [1 P/ A& x* h' s3 F2 |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。
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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。
' K: j# m- w5 j( TAWR2944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。
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。”
: n# i& @+ @% Z: K7 p" G/ ^# N* X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。
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。
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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？
- H  S" R4 ]1 [0 E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。
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。
$ [" S, n' r* Q6 @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。
! z& b: v. P6 l9 Y) V! {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。
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。
+ n8 n0 K7 `" x0 S% z2 f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。
2 u* ^2 {& s& u! t6 B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。”