雷達(dá)系統(tǒng)通常與飛機(jī)等軍事項(xiàng)目有關(guān),，但是它們?nèi)缃褚蜒杆龠M(jìn)入包括商用汽車在內(nèi)的民用領(lǐng)域,。作為高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）電子設(shè)備的一部分，毫米波（mmWave）雷達(dá)系統(tǒng)正在集成到新車輛中,，以提供更安全的駕駛體驗(yàn),。完全自動(dòng)駕駛的“自動(dòng)駕駛”汽車可能還有數(shù)年之遙，而盲點(diǎn)檢測和避免碰撞等ADAS功能現(xiàn)在可以保護(hù)駕駛員,。低功率,，高頻雷達(dá)檢測對于實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)檢測至關(guān)重要，最終可以創(chuàng)造更安全的駕駛體驗(yàn),。

毫米波雷達(dá)技術(shù),，激光雷達(dá)技術(shù)以及攝像頭，是提高ADAS功能的三項(xiàng)重要傳感器技術(shù),。汽車?yán)走_(dá)頻率主要依然集中在24 GHz,，但是77 GHz才是如今各大廠商重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)。正在推出基于毫米波頻率上的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)集成電路（IC）,。雷達(dá)可以區(qū)分靜止目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo),，并同時(shí)檢測多個(gè)目標(biāo),，甚至可以通過其多普勒頻移計(jì)算出被檢測車輛的相對速度。

在白天和黑夜的各種光照和天氣條件下,，以及在很寬的溫度范圍內(nèi),，雷達(dá)都能以穩(wěn)定的精度運(yùn)行。 ADAS處理器進(jìn)行的傳感器融合可以使用來自三種類型傳感器的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建檢測到的目標(biāo)的3D圖像,。傳感器融合技術(shù)的發(fā)展,，尤其是在兩個(gè)頻率范圍內(nèi)利用雷達(dá)，正在為產(chǎn)生基于4D雷達(dá)的數(shù)據(jù)掃清道路,，這些數(shù)據(jù)可用于未來自動(dòng)駕駛控制所需的目標(biāo)范圍,，角度，速度和仰角,。

ADAS的雷達(dá)接收器,、發(fā)射器和收發(fā)器通常使用硅鍺（SiGe）或硅（Si） BiCMOS等高頻/高速半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度集成的單片微波集成電路（MMIC）。MMIC通常支持模塊化功能,，具有用于發(fā)送和接收功能的單獨(dú)MMIC,，或者作為收發(fā)器，每個(gè)芯片具有單個(gè)或多個(gè)發(fā)送和接收通道,。

無論是在24 GHz或77 GHz頻率下,，ADAS雷達(dá)電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都可以將主要的系統(tǒng)功能模塊（例如微處理器，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和電源）封裝在同一個(gè)IC中,，以節(jié)省空間,。中央ADAS處理器通過將雷達(dá)數(shù)據(jù)與LiDAR和相機(jī)成像數(shù)據(jù)相結(jié)合來進(jìn)行傳感器融合，以創(chuàng)建360度的圖像,。

1.配備ADAS的車輛依靠來自雷達(dá),，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(dá)的MMIC適用于24 GHz和77 GHz的短程雷達(dá)（SRR）,，可檢測約20 m，中程雷達(dá)（MRR）約60 m,，遠(yuǎn)距離雷達(dá)（LRR）約200 m或更遠(yuǎn),。當(dāng)前的24 GHz雷達(dá)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(yùn)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(huì)（FCC）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）在內(nèi)的政府頻譜監(jiān)管機(jī)構(gòu)計(jì)劃為超寬帶（UWB）雷達(dá)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(dá)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(dá)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(dá)IC,。

掃描雷達(dá)解決方案

面向24 GHz ISM頻段系統(tǒng)的汽車?yán)走_(dá)高度集成IC，比如英飛凌的BGT24A系列ADAS雷達(dá)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(gè)發(fā)送通道和一個(gè)接收通道的24 GHz雷達(dá)收發(fā)器。 BGT24ATR12具有一個(gè)發(fā)送通道和兩個(gè)接收通道,； BGT24AR2和BGT24AR4分別具有兩個(gè)和四個(gè)接收通道,； BGT24AT2具有兩個(gè)發(fā)送通道，可以添加到任一收發(fā)器中,，以增強(qiáng)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(dá)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(gè)接收和發(fā)送通道的MMIC收發(fā)器,，設(shè)計(jì)用于24.00至24.25 GHz的頻率,。它通過了AEC-Q100認(rèn)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(shí)為-85 dBc / Hz。

MMIC收發(fā)器包含一個(gè)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(hào),，以驅(qū)動(dòng)其他功能。 MMIC的發(fā)射部分會(huì)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(dá)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(jī)支持許多不同的24 GHz ADAS雷達(dá)系統(tǒng)配置，其中頻（dc）范圍從dc到10 MHz,。 24 GHz雷達(dá)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(gè)發(fā)送通道和三個(gè)單端接收器通道，每個(gè)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(shí)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(dá)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(dá),。與許多半導(dǎo)體供應(yīng)商一樣,，該公司也提供評(píng)估板來簡化雷達(dá)芯片的初始測試。

EV-TINYRAD24G雷達(dá)評(píng)估模塊和EV-RADAR-MMIC2評(píng)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(píng)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(gè)小天線元件來形成天線輻射圖,，以進(jìn)行發(fā)射和接收功能,。

3.為了便于評(píng)估，將單獨(dú)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(shí)現(xiàn)了有效的雷達(dá)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(dá)發(fā)射通道,。 VCO還為其他接收器功能提供LO信號(hào),。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(gè)發(fā)射通道的溫度傳感器和功率控制電路,。一個(gè)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(dá)具有吸引力,。用于24 GHz ADAS雷達(dá)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(dá)收發(fā)器,。微型收發(fā)器集成了四個(gè)單端50Ω接收器通道（每個(gè)通道都具有高分辨率ADC）和三個(gè)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(gè)晶圓級(jí)BGA封裝中。

STRADA770M雷達(dá)收發(fā)器包括一個(gè)集成的低相位噪聲振蕩器,，該振蕩器設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)高達(dá)75dB的接收器轉(zhuǎn)換增益,，可在30dB的范圍內(nèi)以3dB的階梯進(jìn)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(dá)收發(fā)器MMIC（圖4）是在公司的20納米R(shí)F CMOS工藝上制造的。MMIC包含三個(gè)具有二進(jìn)制控制和輸出電平穩(wěn)定功能的發(fā)送通道,，以及四個(gè)接收通道,。每個(gè)接收通道都有一個(gè)專用的12位ADC。板載波形發(fā)生器在76至78 GHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)+12 dBm的典型發(fā)射功率,，在78至81 GHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)+13 dBm的典型發(fā)射功率,。 FMCW收發(fā)器的四個(gè)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(shí),，典型的相位噪聲為?86 dBc / Hz或更高。

4.TEF8102 MMIC是一種雷達(dá)收發(fā)器,，具有三個(gè)發(fā)送通道和四個(gè)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(dá)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(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）,，自適應(yīng)巡航控制（ACC），前交叉交通警報(bào)（FCTA）,，后交叉交通警報(bào)（RCTA）,，停車輔助（PA）和盲點(diǎn)檢測（BSD）。該收發(fā)器提供ADAS車輛所需的4D雷達(dá)數(shù)據(jù),。

四個(gè)TEF8102雷達(dá)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(jí)球柵陣列（eWLB）封裝中，并可提供在測試板上（TEF8102型評(píng)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(dá)收發(fā)器具有3個(gè)單端發(fā)送通道和4個(gè)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(hào),，三個(gè)發(fā)射通道中的兩個(gè)可以同時(shí)操作,；對于AWR1243P型號(hào)，所有三個(gè)發(fā)射通道都可以同時(shí)使用,。

雷達(dá)MMIC采用45納米R(shí)F 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(shí),，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(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié),。

77 GHz雷達(dá)收發(fā)器設(shè)計(jì)用于與外部40 MHz時(shí)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(dá)MMIC供應(yīng)商也在開發(fā)用于77 GHz ADAS應(yīng)用的雷達(dá)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(dá)MMIC仍處于試生產(chǎn)階段,，預(yù)計(jì)將用于該公司的RASIC產(chǎn)品線。它們包括具有三個(gè)發(fā)送和四個(gè)接收通道的RXS816xPL收發(fā)器以及具有兩個(gè)發(fā)送和四個(gè)接收通道的RXS8156PLA收發(fā)器,。兩種77 GHz雷達(dá)MMIC都將采用eWLB封裝,。