汽車市場(chǎng)對(duì)供應(yīng)商的要求一直很高。OEM廠商為了實(shí)現(xiàn)ADAS和自動(dòng)駕駛技術(shù)，希望相關(guān)傳感器在提升安全性的同時(shí)，尺寸能夠更小、速度更快且成本更低。通常，ADAS包括多種安全功能，例如自動(dòng)緊急制動(dòng)、車道監(jiān)測(cè)以及障礙物警示等。

雷達(dá)，是一種障礙物探測(cè)技術(shù)，用于汽車盲點(diǎn)探測(cè)及其它安全功能。“近年來(lái)，雷達(dá)模組的尺寸獲得了大幅縮小，其散熱要求也越來(lái)越高，”NXP（恩智浦）產(chǎn)品線經(jīng)理Thomas Wilson說(shuō)，“市場(chǎng)對(duì)雷達(dá)性能的要求越來(lái)越高，而尺寸要求不斷縮小，因此成本壓力越來(lái)越大。”

目前，汽車中應(yīng)用的雷達(dá)模組是相對(duì)比較笨拙的系統(tǒng)，包含了多個(gè)基于不同工藝的芯片。因此，為了追求更小的尺寸和更低的成本，Infineon（英飛凌）、NXP（恩智浦）、Renesas（瑞薩）以及TI（德州儀器）正在開(kāi)發(fā)在同一個(gè)器件上整合多個(gè)元件的集成雷達(dá)芯片組。

盡管這些雷達(dá)芯片組可以針對(duì)多種不同的ADAS應(yīng)用，但是，它們也代表了一種新的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。IC制造商將不再采用多種不同的工藝來(lái)制造各種芯片，而是采用45nm和28nm的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝來(lái)集成雷達(dá)器件。當(dāng)然，其它可選工藝還包括22nm體硅工藝和FD-SOI（全耗盡型絕緣硅）工藝。

實(shí)現(xiàn)ADAS和自動(dòng)駕駛的另一種核心技術(shù)，激光雷達(dá)（LiDAR），是一種利用脈沖激光來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離的技術(shù)，也正從笨重的機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，向集成更多元件、尺寸更小的固態(tài)單元發(fā)展，以降低高昂的制造成本。

雷達(dá)業(yè)界正在開(kāi)發(fā)下一代高分辨率雷達(dá)，以期替代昂貴的LiDAR，不過(guò)，LiDAR開(kāi)發(fā)商也并沒(méi)有閑著。

事實(shí)上，目前并沒(méi)有任何一種技術(shù)能夠滿足所有ADAS或自動(dòng)/無(wú)人駕駛要求。如今，有些汽車已經(jīng)集成了先進(jìn)的視覺(jué)系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)。接下來(lái)，它們或許還會(huì)裝配LiDAR，這意味著視覺(jué)系統(tǒng)、雷達(dá)和LiDAR技術(shù)將在一定時(shí)期內(nèi)和諧共存，共同實(shí)現(xiàn)汽車ADAS及未來(lái)的自動(dòng)駕駛功能。

每一種技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和短板。“LiDAR相比視覺(jué)和雷達(dá)，是一種昂貴得多的傳感器系統(tǒng)，但是，它在目標(biāo)識(shí)別方面精度更高。不過(guò)，LiDAR在雪、雨、霧等惡劣的氣候條件下也有其局限性。” Semico Research公司總裁Jim Feldhan說(shuō)，“雷達(dá)似乎不太會(huì)受到天氣條件的影響，但是雷達(dá)無(wú)法像LiDAR那樣精確的確定目標(biāo)物體的尺寸和形狀。”

共同的目標(biāo)：安全性更高的汽車

為了制造安全性更高的汽車，汽車制造商急需這些專門針對(duì)車輛安全性的環(huán)境感知技術(shù)。據(jù)美國(guó)國(guó)家高速公路交通安全管理局統(tǒng)計(jì)，94%的嚴(yán)重車輛事故都是由于駕駛員的操作失誤而造成的。

為此，近年來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)為車輛配備了越來(lái)越多的主被動(dòng)安全功能。據(jù)NXP的Wilson介紹，目前產(chǎn)業(yè)正朝著兩條殊途同歸的路徑發(fā)展，即新車評(píng)價(jià)規(guī)程（NCAP）和自動(dòng)駕駛技術(shù)。

近年來(lái)，亞洲、歐洲和美國(guó)推出了各自的NCAP指南。在這些新車評(píng)價(jià)規(guī)程中，汽車經(jīng)過(guò)相應(yīng)測(cè)試，基于車輛安全性給予星級(jí)評(píng)價(jià)。五星評(píng)價(jià)為最高等級(jí)，一星則最低。

“這種五星評(píng)價(jià)體系對(duì)車輛銷售產(chǎn)生了巨大影響。越來(lái)越多的消費(fèi)者傾向購(gòu)買擁有五星評(píng)價(jià)的車輛，因?yàn)檫@類車輛的安全性更高，并且，保險(xiǎn)費(fèi)用也更低，”Wilson稱。

每個(gè)主要地區(qū)都有自己的NCAP標(biāo)準(zhǔn)。但簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基本的NCAP標(biāo)準(zhǔn)都包含了多種ADAS技術(shù)，例如自適應(yīng)巡航控制、自動(dòng)緊急制動(dòng)、并線輔助、車道保持等。

NCAP及自動(dòng)駕駛趨勢(shì)

自適應(yīng)巡航控制，能夠幫助汽車在車流中，自動(dòng)調(diào)整車速、保證與前車的安全距離，進(jìn)行自動(dòng)巡航。自動(dòng)緊急制動(dòng)功能，能夠在車輛感知到有可能發(fā)生碰撞事故前，自動(dòng)進(jìn)行車輛制動(dòng)。

車道保持功能，能夠幫助車輛保持在一個(gè)車道中巡航行駛，避免不安全的車道變更。而并線輔助功能，能夠在車輛轉(zhuǎn)彎或變換車道時(shí)，探測(cè)后方或側(cè)方是否有車輛等障礙物，向駕駛員發(fā)出警示或制動(dòng)車輛。

NCAP發(fā)展路徑圖推動(dòng)了在汽車中集成更多的傳感器。“例如，自動(dòng)緊急制動(dòng)功能，即需要攝像頭，也需要雷達(dá)傳感器，” GlobalFoundries（格羅方德）汽車事業(yè)部副總裁Mark Granger說(shuō)，“這種技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始從超豪華汽車，下放到更多的中端車型中。”

除了NCAP之外，汽車制造商還朝著包括自動(dòng)駕駛汽車在內(nèi)的另一條道路發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)也在推動(dòng)攝像頭、LiDAR和雷達(dá)的需求增長(zhǎng)。盡管，十年或更久之內(nèi)，全自動(dòng)駕駛汽車并不會(huì)成為市場(chǎng)主流。

L3/L4級(jí)自動(dòng)駕駛架構(gòu)

任何一種ADAS技術(shù)或自動(dòng)駕駛技術(shù)都僅是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛架構(gòu)的一部分，它們必須能夠無(wú)縫銜接地協(xié)同工作。

“例如，應(yīng)用日益增長(zhǎng)的V2V（車輛與車輛的互聯(lián)）以及V2X（車輛與萬(wàn)物的互聯(lián)），意味著需要更多的車載雷達(dá)系統(tǒng)，”UMC市場(chǎng)部副總裁Steven Liu說(shuō)，“這些系統(tǒng)還需要其它技術(shù)提供支持，包括汽車防碰撞雷達(dá)，全球定位系統(tǒng)，與交通信號(hào)燈及車輛調(diào)度進(jìn)行識(shí)別和交互的傳感器等。這些系統(tǒng)都需要與車輛現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，如駕乘舒適及娛樂(lè)控制系統(tǒng)，以及控制溫度、胎壓及燃油的引擎監(jiān)控子系統(tǒng)等。”

你是我的眼

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，汽車制造商同時(shí)采用多種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)ADAS。例如，Tesla（特斯拉）生產(chǎn)的車型搭載了8個(gè)攝像頭，12個(gè)超聲波傳感器和雷達(dá)。超聲波傳感器利用聲波來(lái)測(cè)量車輛與物體之間的距離。

Tesla目前還沒(méi)有采用LiDAR，是因?yàn)長(zhǎng)iDAR技術(shù)成本太高昂。其它正在開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車的廠商，或?qū)⒃谄滠囕v中同時(shí)應(yīng)用攝像頭、雷達(dá)和LiDAR。

不管在那種方案中，先進(jìn)的視覺(jué)系統(tǒng)都是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的核心部件。“近年來(lái)，基于攝像頭的傳感器已經(jīng)能夠提供廣泛的測(cè)距功能，例如路標(biāo)探測(cè)、車道偏離預(yù)警、遠(yuǎn)近光控制、泊車輔助以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)等，”TowerJazz公司CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理Avi Strum說(shuō)。

大陸MFC430TA、采埃孚-天合S-Cam 3和博世MPC2汽車ADAS攝像頭對(duì)比分析，圖片引自《大陸汽車ADAS攝像頭：MFC430TA》

但是，攝像頭仍無(wú)法提供所有的安全功能。“事實(shí)上，Mobileye等廠商堅(jiān)信，僅憑基于攝像頭的傳感器便能提供完整的ADAS解決方案，”Strum說(shuō)，“雖然基于攝像頭的傳感器能夠在光照良好的條件下，以卓越的分辨率感知周圍環(huán)境，但是在黑暗、雨、霧、雪等惡劣環(huán)境下，這類傳感器的性能便會(huì)大幅下滑。”

這意味著基于攝像頭的傳感器還有很大的改善空間，尤其在動(dòng)態(tài)范圍和近紅外靈敏度等方面，Strum補(bǔ)充道。

“雷達(dá)波”帶你浪

雷達(dá)也是ADAS和自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)之一。簡(jiǎn)而言之，雷達(dá)通過(guò)發(fā)射毫米波范圍的電磁波，電磁波遇到障礙物后發(fā)生反射，被雷達(dá)系統(tǒng)捕獲，由此計(jì)算便能確定障礙物的距離、速度和角度。

通常，OEM廠商會(huì)在車輛中采用短距離和長(zhǎng)距離雷達(dá)。自適應(yīng)巡航控制和自動(dòng)緊急制動(dòng)功能采用長(zhǎng)距離雷達(dá)（LRR）。長(zhǎng)距離雷達(dá)一般裝配在車輛前保險(xiǎn)杠后方。

雷達(dá)和自動(dòng)駕駛汽車

前向長(zhǎng)距離雷達(dá)采用77GHz毫米波頻率，探測(cè)范圍覆蓋160~200米。通常，前向雷達(dá)模組集成了多種不同的組件，例如微控制器（MCU）和RF（射頻）收發(fā)器。收發(fā)器負(fù)責(zé)將雷達(dá)數(shù)據(jù)通過(guò)鏈接傳送給MCU，由MCU進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)處理。

《英飛凌77 GHz雷達(dá)接收器和發(fā)射器：RRN7745P和RTN7735P》

MCU的制造往往基于CMOS工藝，正從55nm或40nm工藝向28nm及以下工藝節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移。同時(shí)，單獨(dú)的RF收發(fā)器一般基于高性能SiGe（硅鍺）RF工藝。也有采用BiCMOS工藝。兩種技術(shù)都源自更成熟的工藝節(jié)點(diǎn)。

前向長(zhǎng)距離雷達(dá)仍將保持在77GHz頻段，但是器件技術(shù)正在發(fā)展。以近期的新產(chǎn)品為例，TI推出了一款單芯片雷達(dá)產(chǎn)品，在同一個(gè)器件上整合了MCU和收發(fā)器。這款雷達(dá)芯片組基于45nm RF CMOS工藝，實(shí)現(xiàn)了不同組件的集成。

“單芯片雷達(dá)傳感器解決方案相比雙芯片解決方案，具有諸多優(yōu)勢(shì)，”TI產(chǎn)品經(jīng)理Kishore Ramaiah說(shuō)，“因?yàn)檫@是一種RF CMOS解決方案，它具有更低的功耗和更高的集成度，這意味著能夠帶來(lái)更小的尺寸和更優(yōu)化的BOM。”

不過(guò)，至少目前來(lái)看，前向長(zhǎng)距離雷達(dá)或仍將大部分采用分立解決方案。“長(zhǎng)距離雷達(dá)模組設(shè)計(jì)還存在很多變數(shù)，我認(rèn)為MCU和收發(fā)器還將在一定時(shí)間內(nèi)保持分立設(shè)計(jì)，”NXP公司的Wilson說(shuō)，“隨著時(shí)間的發(fā)展，當(dāng)RF CMOS技術(shù)發(fā)展到能夠支持長(zhǎng)距離雷達(dá)的RF性能要求時(shí)，它相比SiGe技術(shù)才會(huì)更有競(jìng)爭(zhēng)力。我預(yù)計(jì)這兩種解決方案將在一段時(shí)期內(nèi)共存。”

而短距離（SRR）雷達(dá)模組方面則有了切實(shí)的設(shè)計(jì)革新，目前大多數(shù)短距離雷達(dá)模組的工作頻率為24GHz，探測(cè)距離約60~70米。

安裝在汽車前后方兩角的短距離雷達(dá)模組，可用于車道探測(cè)、車道保持等相關(guān)功能。同時(shí)，并線輔助功能也采用安裝在前部側(cè)方保險(xiǎn)杠的短距離雷達(dá)。