1.配備ADAS的車輛依靠來自雷達，LiDAR和基于攝像頭的系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)融合來創(chuàng)建360度角。目標(biāo)檢測領(lǐng)域。 （由Xilinx提供）

 

ADAS 毫米波雷達的MMIC適用于24 GHz和77 GHz的短程雷達（SRR），可檢測約20 m，中程雷達（MRR）約60 m，遠距離雷達（LRR）約200 m或更遠。當(dāng)前的24 GHz雷達MMIC在24.00至24.25 GHz的工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）頻段內(nèi)運行，已用于非汽車工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括倉庫中的入侵者檢測和心率檢測器等。

 

現(xiàn)在，包括美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）在內(nèi)的政府頻譜監(jiān)管機構(gòu)計劃為超寬帶（UWB）雷達釋放更多的24 GHz左右?guī)?，與目前相比，其目標(biāo)分辨率有所提高。

 

隨著大多數(shù)駕駛員期望新車提供ADAS電子解決方案以提高安全性，對汽車毫米波雷達解決方案的需求正在不斷增加。更多的半導(dǎo)體供應(yīng)商，包括一些已經(jīng)在生產(chǎn)的24 GHz ADAS雷達IC，正在為SRR，MRR和LRR ADAS應(yīng)用開發(fā)用于77 GHz（76至81 GHz），5 GHz帶寬的雷達IC。

 

掃描雷達解決方案

 

面向24 GHz ISM頻段系統(tǒng)的汽車雷達高度集成IC，比如英飛凌的BGT24A系列ADAS雷達收發(fā)器和接收器IC。

 

BGT24A系列的成員包括BGT24ATR11，這是一種具有一個發(fā)送通道和一個接收通道的24 GHz雷達收發(fā)器。 BGT24ATR12具有一個發(fā)送通道和兩個接收通道； BGT24AR2和BGT24AR4分別具有兩個和四個接收通道； BGT24AT2具有兩個發(fā)送通道，可以添加到任一收發(fā)器中，以增強態(tài)勢感知能力。這些IC采用VQFN封裝（圖2），輕松安裝在PCB上。

 

 

2. BGT24A系列的24 GHz雷達傳感器是MMIC收發(fā)器，具有不同的發(fā)射器和接收器組合。 （由英飛凌科技提供）

 

BGT24ATR11具有單個接收和發(fā)送通道的MMIC收發(fā)器，設(shè)計用于24.00至24.25 GHz的頻率。它通過了AEC-Q100認證，并且已在許多工業(yè)和醫(yī)療中應(yīng)用。MMIC基于0.18μm 雙極SiG工藝，具有200 GHz的上限頻率，以低噪聲，24 GHz壓控振蕩器（VCO）為中心。VCO的相位噪聲從載波偏移100 kHz時為-85 dBc / Hz。

 

MMIC收發(fā)器包含一個具有1.5 GHz和23 kHz輸出的可切換預(yù)分頻器。它還提供通常為0 dBm的24 GHz本地振蕩器（LO）輸出信號，以驅(qū)動其他功能。 MMIC的發(fā)射部分會向天線產(chǎn)生+9 dBm的典型功率；輸出功率可以控制在3到9 dB之間。

 

發(fā)射器具有雷達使用所需的快速開/關(guān)切換功能，通常為500 ns，并在關(guān)閉模式下將雜散輸出控制在-30 dBm或更低。零差型接收機支持許多不同的24 GHz ADAS雷達系統(tǒng)配置，其中頻（dc）范圍從dc到10 MHz。 24 GHz雷達收發(fā)器采用符合RoHS的緊湊型VQFN封裝提供，并且僅通過+3.3 V直流電源消耗500 mW的功率。

 

STMicroelectronics的STRADA431具有一個發(fā)送通道和三個單端接收器通道，每個通道都有其自己的可變增益放大器（VGA），是符合AEC-Q100要求的24 GHz ADAS收發(fā)器，它也圍繞低噪聲的24 GHz VCO構(gòu)建。典型的相位噪聲是相對于載波的−75 dBc / Hz偏移100 kHz。它采用6×6mm QFN封裝，采用+ 3.3V直流電源供電，并由四引腳SPI接口控制。 MMIC具有板載功率和溫度傳感器，其單通道收發(fā)器在24 GHz時可提供+13 dBm的差分輸出功率。它具有可切換/可選的IF濾波器，并具有高達60dB的接收器轉(zhuǎn)換增益。

 

長期的IC供應(yīng)商ADI公司為商業(yè)和工業(yè)安全系統(tǒng)提供24 GHz IC，這些系統(tǒng)也可用于ADAS雷達。與許多半導(dǎo)體供應(yīng)商一樣，該公司也提供評估板來簡化雷達芯片的初始測試。

 

EV-TINYRAD24G雷達評估模塊和EV-RADAR-MMIC2評估板上安裝了ADF5901 24-GHz發(fā)送IC和ADF5904 24-GHz接收IC以及ADF4159鎖相環(huán)（PLL）IC。 IC可以一起與不同的mmWave天線工作。評估模塊（圖3）配備了具有多輸入多輸出（MIMO）配置的相控陣天線，該相控陣天線允許使用陣列中的多個小天線元件來形成天線輻射圖，以進行發(fā)射和接收功能。

 

 

3.為了便于評估，將單獨的24 GHz發(fā)送和接收IC安裝在緊湊型EV-TINYRAD24G PCB上。 （由Analog Devices提供）

 

這些高度集成的設(shè)備在5×5 mm LFCSF小型封裝中實現(xiàn)了有效的雷達功能。例如，ADF5901通過板載功率放大器和24 GHz VCO提供雙24 GHz雷達發(fā)射通道。 VCO還為其他接收器功能提供LO信號。該IC包含各種數(shù)字電路，例如輔助模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），以及每個發(fā)射通道的溫度傳感器和功率控制電路。一個簡單的四線接口控制所有片上寄存器。

 

更高頻率

 

由于目前24 GHz的可用ISM帶寬目前限制為250 MHz，因此許多電路和系統(tǒng)開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)77 GHz附近的更大可用帶寬（以及較小波長的高分辨率）對于ADAS雷達具有吸引力。用于24 GHz ADAS雷達芯片的許多半導(dǎo)體工藝都支持具有類似發(fā)射器、接收器和收發(fā)器架構(gòu)的77 GHz設(shè)備。

 

例如，STMicroelectronics在SiGe BiCMOS上制造其雙頻段，76至77 GHz和77至81 GHz的STRADA770M ADAS雷達收發(fā)器。微型收發(fā)器集成了四個單端50Ω接收器通道（每個通道都具有高分辨率ADC）和三個單端50Ω發(fā)射器通道。發(fā)送器通道包括線性調(diào)頻調(diào)制器和線性調(diào)頻器，以及集成的多種功能都包含在尺寸僅為9×9 mm的單個晶圓級BGA封裝中。

 

STRADA770M雷達收發(fā)器包括一個集成的低相位噪聲振蕩器，該振蕩器設(shè)計用于40或50MHz的晶體基準(zhǔn)。典型的相位噪聲是從77 GHz載波偏移1 MHz時的−95 dBc / Hz。收發(fā)器在76至77 GHz范圍內(nèi)通常提供+13 dBm的發(fā)射功率，在77至81 GHz范圍內(nèi)通常提供+10 dBm的發(fā)射功率。它可實現(xiàn)高達75dB的接收器轉(zhuǎn)換增益，可在30dB的范圍內(nèi)以3dB的階梯進行調(diào)節(jié)。密集封裝的IC具有板載線性調(diào)頻定序器和FMCW線性調(diào)頻調(diào)制器，以及可設(shè)置為SPI或I2C操作的數(shù)字從接口。MMIC使用+ 3.3V直流單電源供電。

 

恩智浦半導(dǎo)體的TEF8102 ADAS雷達收發(fā)器MMIC（圖4）是在公司的20納米RF CMOS工藝上制造的。MMIC包含三個具有二進制控制和輸出電平穩(wěn)定功能的發(fā)送通道，以及四個接收通道。每個接收通道都有一個專用的12位ADC。板載波形發(fā)生器在76至78 GHz范圍內(nèi)實現(xiàn)+12 dBm的典型發(fā)射功率，在78至81 GHz范圍內(nèi)實現(xiàn)+13 dBm的典型發(fā)射功率。 FMCW收發(fā)器的四個接收通道可提供串行輸出數(shù)據(jù)，這得益于波形發(fā)生器的低噪聲。當(dāng)從76至81 GHz的任何頻率偏移1 MHz時，典型的相位噪聲為−86 dBc / Hz或更高。

 

 

4.TEF8102 MMIC是一種雷達收發(fā)器，具有三個發(fā)送通道和四個接收通道，掃描范圍為76至81 GHz。 （由恩智浦半導(dǎo)體公司提供）

 

雷達收發(fā)器支持76至81 GHz的SRR，MRR和LRR應(yīng)用，線性調(diào)頻帶寬分別為0.5、1.0和2.0 MHz /μs。它適用于自動緊急制動（AEB），自適應(yīng)巡航控制（ACC），前交叉交通警報（FCTA），后交叉交通警報（RCTA），停車輔助（PA）和盲點檢測（BSD）。該收發(fā)器提供ADAS車輛所需的4D雷達數(shù)據(jù)。

 

四個TEF8102雷達收發(fā)器MMIC可以為完整的360度檢測提供足夠的數(shù)據(jù)。該器件可封裝在7.5×7.5 mm嵌入式晶圓級球柵陣列（eWLB）封裝中，并可提供在測試板上（TEF8102型評估板），以簡化系統(tǒng)開發(fā)。

 

德州儀器（TI）的AWR1243單芯片F(xiàn)MCW雷達收發(fā)器具有3個單端發(fā)送通道和4個單端接收通道，覆蓋76至81 GHz。該公司提供兩種版本的設(shè)備：對于AWR1243型號，三個發(fā)射通道中的兩個可以同時操作；對于AWR1243P型號，所有三個發(fā)射通道都可以同時使用。

 

雷達MMIC采用45納米RF CMOS工藝制造，具有低功耗，并且符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器可容納+ 3.3V和+ 1.8V直流電源。MMIC的基礎(chǔ)是板載小數(shù)N分頻PLL頻率合成器，可命令精確的線性調(diào)頻脈沖產(chǎn)生和同步。

 

當(dāng)從76-77 GHz載波偏移1 MHz時，AWR1243的波形發(fā)生器呈現(xiàn)出-95 dBc / Hz的低典型相位噪聲，而從77-81 GHz載波偏移1 MHz時則呈現(xiàn)-93 dBc / Hz。典型的發(fā)射輸出功率為+12 dBm，典型的接收器轉(zhuǎn)換增益為48 dB，控制范圍為24 dB，可以2 dB的步長進行調(diào)節(jié)。

 

77 GHz雷達收發(fā)器設(shè)計用于與外部40 MHz時鐘源一起使用。它具有內(nèi)置的溫度和功率監(jiān)控功能，以及跨頻率和溫度的內(nèi)置自校準(zhǔn)功能。該收發(fā)器采用尺寸為10.4×10.4 mm的倒裝芯片球柵陣列（BGA）型封裝。通過執(zhí)行簡單的編程更改，該收發(fā)器可以在76至81 GHz的頻率下用于所有三種主要的汽車應(yīng)用類型（SRR，MRR和LRR）。

 

一些24 GHz FMCW雷達MMIC供應(yīng)商也在開發(fā)用于77 GHz ADAS應(yīng)用的雷達MMIC，例如Analog Devices和Infineon。例如，與其24 GHz器件一樣，英飛凌在SiGe工藝上制造其77 GHz器件。這些雷達MMIC仍處于試生產(chǎn)階段，預(yù)計將用于該公司的RASIC產(chǎn)品線。它們包括具有三個發(fā)送和四個接收通道的RXS816xPL收發(fā)器以及具有兩個發(fā)送和四個接收通道的RXS8156PLA收發(fā)器。兩種77 GHz雷達MMIC都將采用eWLB封裝。