77GHz 毫米波雷达为 ADAS 保驾护航!

什么是毫米波？毫米波实质上就是电磁波一个频段，其频率高于无线电，低于可见光和红外线，频率大致范围是30GHz—300GHz。这是一个非常适合车载领域的频段，在这个频段中，波长大概是1~10mm。因此我们将这个波段称为毫米波。

其次，毫米波雷达的原理是什么？当电磁波在传播时碰到另一种介质，会反弹回来，其时延是2倍距离/光速。返回来的波形和发出的波形之间会有频率差，这个频率差和时延是呈线性关系的：物体越远，返回的波收到的时间就越晚，那么它跟入射波的频率差值就越大。将这两个频率做减法，就可以得到二者频率的差频（差拍频率），通过判断差拍频率的高低就可以判断障碍物的距离。毫米波雷达就是利用了电磁波金属反射比大的特性。

从频段上来看，比较常见的车载领域的毫米波雷达频段有两类。

1、24GHz，目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内，用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。这个频段也有其缺点，首先是频率比较低，另外就是带宽（Bandwidth）比较窄，只有250MHz。

2、77GHz，这个频段的频率比较高，国际上允许的带宽高达800MHz。据介绍，这个频段的雷达性能要好于24GHz的雷达，所以主要用来装配在车辆的前保险杠上，探测与前车的距离以及前车的速度，实现紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。

从工艺层面来讲，目前毫米波雷达的两个主要工艺，一个是SiGe，一个是CMOS。SiGe的好处是传统半导体技术很成熟，在77GHz上SiGe的片子已经实现了大规模量产。CMOS的好处是集成度更高，未来可以把基带和射频都集中在一个SoC上，这是一个非常好的技术优势。从出货量上来看，目前还是SiGe比较大，因为在大功率情况下SiGe的性能比CMOS要好一些。这两种技术目前是并存的，未来的一段时间也将持续并存。

在众多车载传感器中，每个传感器都有自身的特点，都存在各自特有的应用场景，所以未来一定是多种传感器融合的解决方案最优。汽车的安全性是一切发展的前提。各种传感器协同工作来实现车辆对周围环境高精度低延时的监控，而毫米波雷达凭借其可靠的表现（如应对恶劣天气条件）且唯一能够“全天候全天时”工作的超强能力，成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一！

图：全球汽车出货量的自动化程度趋势

除了不同传感器之间孰优孰劣之外，还有一个问题非常重要，那就是24GHz和77GHz两个频段谁更好。24GHz雷达传感器的探测距离约50m左右，距离相对较短，主要用于盲点监测(BSD)，变道辅助(LCA)等。77GHz雷达传感器的的探测距离更长，可达到160m到230m。相比于24GHz，77GHz雷达传感器的频率更高、波长变短、系统带宽更宽，从而提高了距离和速度测量的精度和准确度，主要用于自动紧急制动(AEB)、汽车自适应巡航控制(ACC)和前向防撞预警(FCW)等。

图：24GHz频段与77GHz频段汽车雷达传感器的趋势

目前市场需要的是在复杂的场景下，能够更好解决问题并且价格可接受的产品，因此未来很长一段时间内，由于成本、性能、供应链等问题，77GHz雷达的分布位置和24GHz雷达将会完全不同，在整车上发挥不同的功能作用，77GHz并不会简单替代24GHz，而是会相当长一段时间内共存。

TI的毫米波雷达对于物体的穿透性非常好，在适应各种天气情况下的性能也非常好，而且成本很低。同时，因为是单芯片，整个成本可以降得很低，所以在整个性价比上可以实现很大的提升。

AWR1243适用于中长程雷达，可用于紧急制动、自适应巡航控制和高速公高度自动驾驶。相比之下，AWR1443中集成了MCU，适用于接近感测，比如用于乘员检测、车身传感器、驾驶室内手势识别和驾驶员。AWR1642则是再增加了DSP在其中，适用于超短和短程雷达，比如盲点检测、防后方碰撞/、车道变更辅助、行人/自行车检测、防碰撞、通警报、360度视角以及停车辅助。此外，对于无人驾驶汽车来说，其行驶场景会从高速公切换到低速密集区域，因此整个探测场景也要不断进行切换。这就需要实现动态多模式操作支持。而AWR12xx、14xx、16xx则可以从中远程到近距离实现完整覆盖。

借助TI mmWave传感器产品组合中的3个器件，AWR1243、AWR1443和AWR1642传感器，开发人员能够为他们的设计选择最佳器件。TI提供针对这3款器件的评估模块(EVM)、参考电路原理图、PCB设计文件和BOM，使开发人员能够在短时间内搭建属于自己的电路板。

图：AWR1642单芯片传感器、视野范围和视域能力

此外，TI提供SDK，这是一款由驱动程序、操作系统(OS)抽象层、参考算法库、固件、API、实用工具和演示实例组成的软件开发套件。这些库使得针对射频前端子系统的控制和监控更加简便，而这些驱动程序通过标准外设提供与外部的通信。mmWave Studio工具帮助开发人员以系统级参数配置射频前端，比如调频和系统配置文件、起始和终止频率，以及更多其它参数，并且分析射频性能。通过充分利用TI的软件和系统开发套件(SDK)，开发人员可以在30分钟内评估和实现一个传感器项目。