攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)這三種智能汽車上最常見的傳感器，各有優(yōu)缺點(diǎn)。通常是將三個(gè)傳感器疊加在一起，發(fā)揮更大的作用。攝像頭是被動(dòng)傳感器，能識(shí)別豐富的色彩信息，但受光線影響顯著，在一些光線不好的環(huán)境下置信度相對(duì)較低。激光雷達(dá)不論是從測(cè)距能力、置信度、可感知物體細(xì)節(jié)，綜合實(shí)力都很出色，可能最大的缺點(diǎn)，就是有點(diǎn)“貴”。毫米波雷達(dá)的置信度高，是智能駕駛系統(tǒng)中用于環(huán)境傳感不可或缺的傳感器，具有防撞、自動(dòng)泊車、行人檢測(cè)等諸多功能，這對(duì)于減少交通事故、保護(hù)行人和乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

　　圖1、三種傳感器方案對(duì)比

　　毫米波雷達(dá)的工作原理是，通過向外界發(fā)射電磁波，從而探測(cè)目標(biāo)的反射信號(hào)，根據(jù)發(fā)射和接收毫米波的時(shí)間差來推算探測(cè)目標(biāo)與信號(hào)發(fā)出點(diǎn)的相對(duì)距離。毫米波雷達(dá)是一種使用毫米波段進(jìn)行測(cè)距、探測(cè)、跟蹤、成像的主動(dòng)傳感器。它可主動(dòng)發(fā)射電磁波，穿透煙塵，幾乎不受光線和天氣影響，幫助車輛實(shí)時(shí)感知周圍物體并提供較為準(zhǔn)確的距離和速度信息。

　　圖2、毫米波雷達(dá)

　　根據(jù)多普勒效應(yīng)，毫米波雷達(dá)還能通過接收時(shí)間和頻率的變化，探測(cè)出與目標(biāo)之間的相對(duì)速度;通過并列接受天線的幾何距離，和同一個(gè)探測(cè)目標(biāo)反射波的相位差，計(jì)算出目標(biāo)的方位角，進(jìn)而就可以根據(jù)角度來確定目標(biāo)的具體方位。

　　圖3、多普勒效應(yīng)

　　毫米波，英文名稱為Millimeter Wave，縮寫為MMW，波長(zhǎng)為1～10毫米，頻率為30~300GHz的電磁波。毫米波的頻率介于微波和紅外線之間，因此兼有這兩種波譜的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有自己的特性：

　?、?與微波相比，具有體積小、質(zhì)量輕和分辨率高的優(yōu)點(diǎn);② 與紅外、激光相比，穿透煙、霧、灰塵能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn);③ 性能穩(wěn)定，不受目標(biāo)物體形狀和顏色的干擾。因此，毫米波雷達(dá)很好彌補(bǔ)了紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場(chǎng)景。

　　圖4、毫米波雷達(dá)應(yīng)用

　　毫米波雷達(dá)根據(jù)雷達(dá)工作系統(tǒng)的性質(zhì)可分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。連續(xù)波雷達(dá)的工作模式又分為恒頻連續(xù)波(CW)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)、調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)、快速調(diào)頻連續(xù)波(FCM-FMCW)等方法。根據(jù)平臺(tái)分類，可分為車載毫米波雷達(dá)、艦載毫米波雷達(dá)、機(jī)載毫米波雷達(dá)、星載毫米波雷達(dá)等。根據(jù)雷達(dá)測(cè)距的不同要求，毫米波雷達(dá)可分為遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR)、中程雷達(dá)(MRR)和短程雷達(dá)(SRR)。

　　圖5、不同類型的毫米波雷達(dá)

　　此外，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)可分為制導(dǎo)雷達(dá)、火控雷達(dá)、目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)、毫米波地球觀測(cè)雷達(dá)、毫米波接近探測(cè)雷達(dá)等。3D毫米波雷達(dá)是指可以感測(cè)距離、移動(dòng)速度、水平角度3個(gè)維度信息的毫米波雷達(dá)。4D毫米波雷達(dá)，則比3D毫米波雷達(dá)多了一個(gè)“D”——俯仰角，也就是高度信息。雖然只多出一個(gè)維度，但對(duì)于毫米波雷達(dá)來說，其意義巨大。毫米波雷達(dá)主要由高頻PCB天線、射頻前端收發(fā)組件、數(shù)字信號(hào)處理器及雷達(dá)控制電路等部分組成。下圖為某毫米波雷達(dá)的實(shí)物拆解圖，其中微帶貼片天線和前端收發(fā)組件MMIC為核心部件，信號(hào)處理器集成在了前端收發(fā)組件上。

　　圖6、毫米波雷達(dá)組成

　　毫米波雷達(dá)的硬件BOM拆分：射頻前端收發(fā)組件MMIC(包括發(fā)射、接收、及信號(hào)處理器)的成本約占50%、高頻PCB天線(包括接收、發(fā)射天線)的成本約占20%、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP/FPGA)的成本約占20%;雷達(dá)控制電路及其它硬件成本約占10%。MMIC芯片是毫米波雷達(dá)成本中最重要組成部分。

　　圖7、毫米波BOM成本組成

　　① 射頻前端收發(fā)組件MMICMMIC是毫米波雷達(dá)的核心部分，主要負(fù)責(zé)毫米波信號(hào)的調(diào)制、發(fā)射、接收以及回波信號(hào)的解調(diào)。收發(fā)組件包含了放大器、振蕩器、開關(guān)、混頻器等多個(gè)電子元器件，常采用單片微波集成電路(MonolithicMicrowave Integrated Circuit，MMIC)。MMIC，屬于半導(dǎo)體集成電路的一種技術(shù)，能降低系統(tǒng)尺寸、功率和成本，還能嵌入更多的功能。在毫米波雷達(dá)CMOS工藝、AiP封裝技術(shù)走向成熟并大量應(yīng)用的背景下，毫米波雷達(dá)已逐步從不同模塊分立向模塊高度集成的“毫米波雷達(dá)SoC”形態(tài)進(jìn)化。毫米波雷達(dá)SoC技術(shù)將收發(fā)模塊(MMIC、RF)和處理模塊(DSP、MCU)集成于同一塊芯片中，充分滿足汽車及IoT行業(yè)對(duì)于整體小型化、集成化要求，是毫米波雷達(dá)產(chǎn)品形態(tài)的一次巨大提升，并使產(chǎn)品的平臺(tái)化、系列化發(fā)展和下游模組研發(fā)變得更容易。MMIC原廠有英飛凌、德州儀器、意法半導(dǎo)體、亞德諾、恩智浦、安森美、Arbe、Uhnder、RFISee、VAYYAR、索喜、英特爾/Mobileye、富士通、瑞薩/Steradian、微度芯創(chuàng)、微遠(yuǎn)芯、加特蘭、潤(rùn)積電、矽杰、意行半導(dǎo)體、斯凱瑞利、岸達(dá)、邁矽科、圭步微、晟德微、正和微芯、問智微、中國(guó)電科38所等。② 高頻PCB天線天線主要用于發(fā)射和接收毫米波，由于毫米波波長(zhǎng)只有幾個(gè)毫米，而天線長(zhǎng)度為波長(zhǎng)1/4時(shí)，天線的發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高，因此天線尺寸可以做的很小，同時(shí)還可以使用多根天線來構(gòu)成陣列。目前主流天線方案是采用微帶陣列，即在印刷電路PCB板上，鋪上微帶線，形成“微帶貼片天線”，以滿足低成本和小體積的需求。按照天線模式可分為遠(yuǎn)程雷達(dá)(開口約 30°，200m)、中程雷達(dá)(開口約 60°，100m)和近程雷達(dá)(開口約 120°，30m)。

　　圖7、毫米波評(píng)估板(圖源：TI)

　　天線設(shè)計(jì)是各家雷達(dá)廠商能夠做出差異化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，決定了方位角和俯仰角性能(視場(chǎng)角、角分辨率、角度精度)。天線高頻PCB板原廠有羅杰斯、羅德與施瓦茨、泰康尼、Isola、松下電工、雅龍、滬電、生益科技、深南電路、四會(huì)富仕等。③ 數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)字信號(hào)處理器通過嵌入不同的信號(hào)處理算法，提取從前端采集得到的中頻信號(hào)，獲得特定類型的目標(biāo)信息。毫米波雷達(dá)的數(shù)字處理主要算法包括：陣列天線波速形成和掃描算法、信號(hào)預(yù)調(diào)理、雜波處理算法、目標(biāo)檢測(cè) / 測(cè)量的算法、目標(biāo)分類與跟蹤算法以及信息融合算法。數(shù)字信息處理是毫米波雷達(dá)穩(wěn)定性、可靠性的核心。 數(shù)字信號(hào)處理器集成了CPU、雷達(dá)信號(hào)專用處理單元、存儲(chǔ)單元(SRAM、Flash、DDR/LPDDR)，其中雷達(dá)信號(hào)專用處理單元可以是FPGA、DSP、或者專用單元。DSP芯片原廠有英飛凌、德州儀器、意法半導(dǎo)體、亞德諾、恩智浦、Arbe、瑞薩、加特蘭、昱感微、海思、中國(guó)電科等。FPGA芯片原廠有AMD/賽靈思、英特爾/阿爾特拉、微芯/美高森美、萊迪思等。④ 雷達(dá)控制電路雷達(dá)控制電路根據(jù)信號(hào)處理器獲得的目標(biāo)信息，結(jié)合雷達(dá)終端動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最終通過主處理器進(jìn)行智能處理，對(duì)雷達(dá)終端前方出現(xiàn)的障礙物進(jìn)行分析判斷，迅速做出處理和發(fā)出指令，及時(shí)傳輸給報(bào)警顯示系統(tǒng)和制動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)。雷達(dá)控制電路主要由MCU、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和時(shí)鐘等模擬組件組成。

　　低成本、小型化、高性能、低功耗是SoC集成最大優(yōu)勢(shì)，也符合車載4D毫米波雷達(dá)未來的發(fā)展趨勢(shì)。SoC集成：SoC(SystemonaChip)是指將多個(gè)電子元件、模塊或者子系統(tǒng)集成到一塊芯片上的技術(shù)，毫米波雷達(dá)則是將MMIC，DSP，MCU集成在單顆SoC芯片里。

　　為了滿足不同距離范圍的探測(cè)需要，一輛汽車上會(huì)安裝多顆短程(SRR)、中程(MRR)和長(zhǎng)程(LRR)毫米波雷達(dá)。其中24GHz雷達(dá)主要實(shí)現(xiàn)近程(Short Range Radar)和中程探測(cè)(Middle Range Radar)，可用于汽車盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、車道偏離預(yù)警、泊車輔助等功能。而77GHz雷達(dá)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測(cè)(Long Range Radar)，可用于自動(dòng)緊急制動(dòng)、自適應(yīng)巡航、前向碰撞預(yù)警等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。

　　下圖為奔馳S搭載6個(gè)毫米波雷達(dá)，包括5個(gè)短程雷達(dá)和1個(gè)長(zhǎng)程雷達(dá)，分別安裝在汽車不同部位，以實(shí)現(xiàn)泊車輔助、主動(dòng)巡航控制、制動(dòng)輔助等功能。

　　圖8、毫米波雷達(dá)在汽車上的應(yīng)用

　　據(jù)Yole Développement預(yù)測(cè)，全球毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的18億美元，增加到2025年的30億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約18.56%。從裝車數(shù)量來看，佐思汽車研究數(shù)據(jù)顯示，2022年中國(guó)乘用車市場(chǎng)的毫米波雷達(dá)裝車總量達(dá)1648.2萬(wàn)顆，同比增長(zhǎng)34.5%;2022年毫米波雷達(dá)裝配車型達(dá)到867.0萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)21.9%，占整體乘用車銷量的43%。從配置策略上看，4顆和5顆毫米波雷達(dá)方案增速最快，分別為87.2%、107.9%。如今國(guó)內(nèi)外毫米波雷達(dá)供應(yīng)商已有百余家，4D成像雷達(dá)市場(chǎng)剛剛起步，毫米波雷達(dá)測(cè)速和測(cè)距性能進(jìn)步主要取決于MMIC芯片和射頻天線性能的提升，而4D毫米波雷達(dá)未來將向著高集成化、低成本和小體積方向發(fā)展，單芯片內(nèi)的部件排布更為緊密，減小毫米波雷達(dá)體積，也降低功率損耗，提高信息傳輸效率，減少開發(fā)難度和成本。當(dāng)前4D毫米波雷達(dá)發(fā)展的技術(shù)路線主要有級(jí)聯(lián)、級(jí)聯(lián)+虛擬孔徑成像技術(shù)以及集成芯片三條。根據(jù)Vehicle數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段集成芯片方案的4D毫米波雷達(dá)單價(jià)約為300-400美元，級(jí)聯(lián)方案則為150-200美元。4D毫米波雷達(dá)成本和性能之間是有一個(gè)取舍的并且需要一個(gè)平衡，這個(gè)取舍的火候需要工程師去掌控，芯片和方案選型也極為重要。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺(tái)，過去數(shù)年已積累了毫米波雷達(dá)芯片的優(yōu)勢(shì)貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長(zhǎng)尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購(gòu)，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

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