洞悉2024雷达趋势，合久必分？侃侃NXP新一代 RFCOMS雷达SAF86xx

恩智浦软件定义汽车平台2024年新添一个家族成员：RFCOMS雷达SAF86xx，这款雷达产品亮相于不久之前的拉斯维加斯CES展会，下面根据恩智浦大中华区汽车电子事业部市场总监翟骁曙和恩智浦大中华区汽车电子事业部ADAS产品市场经理杨昌的解说，去了解2024年新雷达传感网络和具有前瞻性的分布式孔径雷达技术，以及新品SAF86xx的应运而生及其特性。

相较于以前的边缘计算架构，即雷达RFCMOS里完成完整的雷达信号处理，恩智浦新提出的分布式雷达传感器网络，它不要求在雷达RFCMOS里做完整的信号处理。做了完整的信号处理不是应该更省中央处理器的事儿吗？为何非要把“活”分出去呢？主要是因为完整处理后其实是会丢失一些细节，再给到中央处理器的信号不完整，中央处理器基于丢失细节的信号进行融合时，对全局的判断就会不完整。



在这个“分活”架构下，雷达的前端感知和后端处理进行了物理解构，前端的雷达传感器会变得更加地简单，进一步提升射频性能，后端数据处理的部分更方便集中管理，更加趋向于集中在中间的ADAS域控制器或者是一个独立的雷达域控制器上，可以实现比各自为营状态下更强大的功能。软件更好的实现统一的管理，以及后期算法、功能升级等。比如通常一辆车可能需要2颗长距雷达和4颗角雷达，那么通过6根千兆以太网线连接到中央处理器就可以做集中式的处理，管理起来很方便。在同样基础的雷达信号的输入能实现更加智能化的、更加精确的判断。所以让底层的雷达信号细节更多的传递，而不是过分的处理，最后将信号处理集中交给一个强大的中央处理器上是一个在降低成本的同时提升传感器能力的方案。





举一个这种分布式架构下，融合出的比较好的技术：分布式孔径雷达，它是将多个不同位置上的雷达传感器等效成一个更大的孔径的天线，提升了分辨率，明确了探测目标，实现更好的雷达探测的效果。这样的技术基础下，就可以进一步提升，实现车辆雷达系统的整体分辨率更高、探测距离更远，并实现更好的雷达探测的效果。下图所示的标准雷达和协同雷达的对比，可以明显看出雷达探测性能的提升。

记者观察，为实现分布式新架构雷达网络，新一代雷达芯片SAF86xx应运而生，从框图中可看出，芯片包含4个发射器、4个接收器、ADC转换、相位旋转器、低相位噪声VCO、BBE32EP DSP、Arm® Cortex®–M7内核和SRAM，里面保留了简单的MPU，它能够输出预处理的雷达数据，然后通过千兆以太网传输，提供给后续处理器使用。


图示：SAF86xx框图

下图展示了恩智浦从第二代RFCMOS雷达到目前第三代RFCMOS雷达的演进，2022年11月份恩智浦推出了第二代RFCMOS雷达芯片TEF82xx系列，此芯片可以实现300米的测距，小于1度的角度分辨率，主要是用于双级联和四级联，可搭配业界首款16nm的MCU S32R29。这套芯片组方案已在市面上有零部件厂商在大规模使用和量产。

今年第三代RFCMOS雷达SAF86xx系列相较于前一代有两倍的射频链路性能提升，一方面是由于前一代采用的是40nm的RFCMOS的设计工艺，这一代升级到28nm，值得注意的是在高频RF链路里实现先进制程具有非常大的技术难点。发射天线和接收天线有四路发射链路和四路接收链路，可以实现更多的虚拟的接收链路，等价于4×4最高达16的虚拟通道发射。
    

除了芯片器件本身的性能，上图右下角还展示了它支持3D波导天线的设计，3D波导天线相比于传统的贴片天线有9dB的RF的提升，既可提升对物体的感知能力，也能降低雷达的尺寸。可以看到这个封装发射器直接通过一个较低成本的FR4 PCB板材直接引入一个3D波导天线，实现3D的发射阵列和接收阵列。传统的贴片天线都是平面的，而3D天线可以带来更好的发射和接收性能，同时节省了PCB的面积和成本。

上图展示了传统PCB贴片天线和3D波导天线的性能差别。黄色部分是雷达的监测概率，基于PCB天线的探测概率图，对5dBsm的物体（例如摩托车）最大探测距离为200m，对于超过超200m的摩托车会表现表现出雷达目标在不断地闪烁和跳变，不确定雷达目标是否真实存在，而3D波导天线对5dBsm的物体（例如摩托车）可以轻松实现300米以上的感知，可更确切知晓目标，及时做出预警或者是减速的工作。3D波导天线技术能显著地提高雷达的置信度，更全方位地保障驾驶的安全。

此外，恩智浦大中华区汽车电子事业部ADAS产品市场经理杨昌，详细解读了此芯片的其他特性和参数：功率输出、噪声系数、相位噪声、ADC采样率，啁啾带宽，以及7bit相位旋转器。理论上最大探测距离有关的2个参数是功率输出和噪声系数，此芯片的功率输出可达到15 dBm，噪声系数为10.5 dB，实现300米及以上的最远探测距离。相位噪声是-96 dBc/Hz，可以大概率更好地区分物体和一些反射值比较小的物体，像一些两轮车，或者两辆距离比较近的车。ADC采样率达到了80 MS/s的正交采样，能用在单芯片当中的是40 MS/s，啁啾带宽高达5GHz，啁啾带宽与距离分辨率有关系的，目前市面上很多雷达采用小于1GHz的带宽，但大带宽的器件仍然有它存在的必要性，预计在未来像泊车、低速的情况下大带宽是有非常大的必要能应用上的。最后一个就是7bit的移相器（相位旋转器），现在很多RF芯片都开始加入6或7位移相器，它配合RF的发射链路，可实现更复杂的MIMO的波形设计，让毫米波雷达兼顾远距离和高分辨率，这在传统的雷达上是难以实现的，但通过移相器技术和发射链路结合，实现了远距离和高分辨率的兼顾。当然它带来的消耗对后端算力有更高的要求。

多颗新品SAF86xx，再搭配上恩智浦的S32R系列MPU，即可构建一个完整的雷达网络。分布式雷达传感器网络的优势，让实现一些新的功能和拓展、升级更容易，如360°传感器融合，协同传感，人工智能处理，以及托管软件特性的实现。

分分合合，各有风云，目测雷达传感器分布式架构的风云，在2024已经上演，未来亦可期。