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电动汽车带飞毫米波雷达“1+4组合”,79GHz新赛道大幕拉开!

Simon观察 来源:电子发烧友 作者:黄山明 2021-02-04 09:00 次阅读

电子发烧友报道(文/黄山明)2021年注定将成为电动汽车大爆发的一年,造车新势力的股价不断高涨,吸引众多企业纷纷挹注电动汽车行业。同时,传统整车厂商也在加速智能汽车的研发进程,奔驰、宝马、奥迪、沃尔沃、大众等车企已经开始上马高级别自动驾驶项目,而对于智能电动汽车而言,传感器是必不可少的关键器件,而车载毫米波雷达则是其中重要的一环。

ADAS和自动驾驶传感器正在成为越来越多汽车的标配,以ADAS为例,乘用车上ADAS信息感知部分(主要用于辨别前方)使用的(半导体技术)传感器主要包括摄像头、雷达、激光和超声波,可以检测光、热、压力或其他用于监测汽车状态的变量,通常位于前后保险杠,后视镜,转向柱内或车辆挡风玻璃上。可以看到,在大多数智能汽车功能应用上,毫米波雷达都是最佳搭配方案。

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图源:天风证券

24GHz与77GHz组合将长期存在 但79GHz才是未来

毫米波雷达指的是工作在30-300GHz频域(波长为1-10mm)的雷达。由于其波长特性,可以轻易的穿透灰尘及雨滴,可以保证在恶劣情况下也能有较强工作性能;同时毫米波也不受物体表面形状、颜色及大气流的影响,探测的稳定性较高;此外,毫米波雷达制造工艺,其集成度高,元器件体积,尺寸,重量较小,价格适中,适合作为小平台感知传感器使用。

车载毫米波雷达的工作频率为一般为24GHz和77GHz,77GHz、79GHz毫米波雷达主要负责远距离探测,可以实现70-200米的感知距离,而24GHz为中短毫米波雷达,可以实现10-70米的感知距离。通常而言,实现ADAS功能需要“1长+4中短”毫米波雷达即可,不过各车企方案可能略有不同。

如长安汽车UNI-T采用6个摄像头、5个毫米波雷达、12个超声波雷达作为主要传感器,而比亚迪汉使用的是5个摄像头、3个毫米波雷达、12个超声波雷达作为主要传感器。

而在智能驾驶领域,有机构发布预测称,L1/2级别配备1个77GHz和1-2个24GHz毫米波雷达,L3/L4/L5级别将配备1-2个77GHz和4-6个24GHz毫米波雷达。

24GHz一般安装在汽车侧面和尾部,运用于盲区防撞报警(BSD)、变道辅助(LCA)、开门辅助、倒车防撞报警,而77GHz通常安装在汽车前方或侧方,用于前防撞预警、自动巡航(ACC)、智能制动(AEBS)、横向来车预警。

业界认为,未来77GHz、79GHz产品将取代24GHz,相比24GHz产品,77GHz探测性能虽然更强,但成本也更高。长沙莫之比智能科技有限公司行业总监陈宇在接受电子发烧友网记者采访时指出,随着国家5G基站的布局与纵深推进,70GHz以下频段将在不久的将来被征用为5G基站所用频段,高频段将相较与低频少很多的干扰,79GHz带宽与处理速度远远大于低频段芯片,所以从长远看,未来79GHz是大势所趋。

其实77GHz与79GHz相比差距并不大,不过77GHz雷达技术目前主要掌握在大陆、博世、德尔福、英飞凌等跨国零部件企业手中。同济大学教授白杰便认为,国内在77GHz雷达技术上已经落后了,现在必须通过发展79GHz雷达技术,来与国外保持同步。

此外,77GHz雷达仅能获取点目标,探测目标物的距离、速度、方位等信息,却不能识别目标物是什么,而79GHz雷达可以通过成像技术获取被测物体的图像,弥补现有毫米波雷达技术在目标识别方面的不足,同时在分辨率、探测距离等方面达到与77GHz雷达相同的效果。同时,79GHz雷达更具成本优势,也能满足当前智能电动汽车的需求。

不过需要注意的是,目前,关于79GHz频段的使用,仅在欧盟和美国被获得允许,而在中国、日本等地区还没得正式获批。

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全球及中国车载毫米波雷达市场规模|ICV Tank


从价格上来看,目前77GHz的毫米波雷达系统单价在1000元左右,24GHz 毫米波雷达单价500 元左右。有机构预测,到2025年,新能源汽车新车销量占比将达到25%,而中国市场新能源汽车销量将突破500万辆。

按照“1长+4中短”毫米波雷达配置,500万辆新能源汽车将需要3000万颗毫米波雷达,因此换算可得出,2025年中国新能源汽车车载毫米波雷达市场将达到150亿元。而在2019年,全球车载毫米波雷达市场为42亿美元,预计在2025年全球车载毫米波雷达市场可以达到130亿美元。综合来看,整车采用长+中短的毫米波雷达方案将长期存在。

海外企业主导车载毫米波市场 国内企业追赶势头迅猛

虽然车载毫米波雷达发展势头火热,但值得注意的是,全球汽车毫米波雷达主要供应商为传统汽车电子优势企业,比如博世、大陆集团,其次为海拉、富士通天、电装、采埃孚、德尔福、奥托立夫、法雷奥等,9家企业的全球市场份额总计达到88%。据中国产业信息网数据显示,博世、大陆集团、海拉这三家厂商在2018年的市场份额分别为19%、16%、12%。国内自主车载毫米波雷达产品总体仍处于研制阶段,24GHz目前是主流方向,77GHz进入起步阶段。

陈宇认为,从芯片市场占有来看,确实国外占绝大部分,当然也有以加特兰为国内高频雷达的先驱探索者,已开始量产投放市场,莫之比也在着手加强与国内芯片厂家的合作与技术对接。随着国产芯片技术沉淀及优化,国产化的进程将大大提前。

2014 年成立的上海加特兰微电子,是亚洲第一家通过车规认证的77GHz毫米波雷达芯片公司。2017年10月,加特兰发布了包括用于车载毫米波雷达的77GHz芯片——Yosemite(2T4R)、Yosemite(4T8R)和用于工业级消费市场的60GHz芯片Yellowstone。

全球毫米波雷达主要生产商

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莫之比正在进军79GHz毫米波领域,有成品的产品形态ADAS与LCA车辆接近预警,EAF开门预警,AOA开门预警,RCTA倒车横向预警等。

此外,如华域汽车目前已经实现24GHz毫米波雷达量产,77GHz雷达产品小规模量产;德赛西威24GHz雷达已搭配在小鹏、奇瑞等车上,77GHz雷达拿到量产订单;承泰科技的77GHz毫米波雷达已经在2019年9月推出外部测试;而森思泰克24GHz雷达已有少量供货,77GHz实现量产,并搭载于红旗HS5上。

除了芯片以外,在配套工艺上,如PCB、雷达外壳等器件的制作工艺,尤其是高频产品对于加工工艺更为敏感,这些器件生产的一致性也会对雷达性能产生影响。如上游的MMIC(单片微波集成电路芯片),基本由国外厂商所领导,如NXP、英飞凌、TI等,国内仅有几家公司能够供应,如清能华波、意行半导体、加特兰、南京米勒等。从市场看,2019年全球射频MMIC市场总值达到了619亿元,预计2026年可以增长到1479亿元,年复合增长率为13.1%。

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而在雷达天线高频PCB板上,由于毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,需要将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,这就要求在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。国内的沪电股份已经与德国Schweizer在汽车RF PCB领域开展合作,同时也是大陆和博世的PCB供应商,深南电路、景旺电子也具备车载高频PCB板供应能力,生益科技的毫米波雷达高速高频基板也具备量产能力。

同时为了保证产品的稳定性,陈宇提到,除雷达外壳塑料材质,高频电路板及元器件我司均为高频进口材料,并有严格的检验入库流程,为了保证产品的一致性稳定性,莫之比建有微波暗室,全自动化生产组装线,年产60万颗产能,目前为国内第一条自主产权与专利自动化线。

小结

总体而言,国内公司在车载雷达上较国外厂商还有一定差距,但随着新能源电动汽车市场的发展,带动着毫米波雷达市场不断成长,相信会有更多人才和企业加入到这个市场当中。

随着市场客户对产品体验与感知的越来越多样化、智能化,毫米波雷达还有很多的应用场景与待开发领域。结合国家有关交通政策支持,车载雷达在商用车、工程车的安全辅助驾驶大有可为,在前装厂与后装电子市场的对接与开拓亟待大力推进。而未来车载毫米波雷达的终极应用呈现方式为图形成像,这也是所有从业者的奋斗方向。

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HMC8100 800 MHz - 4000 MHz中频接收器

HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器

和特点 高线性度: 支持高达1024 QAM的调制频率 Tx IF范围:200 MHz - 700 MHz Tx RF范围:800 MHz - 4,000 MHz Tx功率控制范围: 25 dB SPI控制接口 32引脚5 mm × 5 mm LFCSP封装 产品详情 HMC8200LP5ME是一款高度集成的中频(IF)发射器芯片,可将行业标准300 MHz至400 MHz IF输入信号转换为输出端的800 MHz至4000 MHz单端射频(RF)信号。 中频发射器芯片采用紧凑型5 mm × 5 mm LFCSP封装,支持高达1024 QAM的复杂调制频率。HMC8200LP5ME在大幅缩减尺寸和成本的同时可降低传统微波无线电的设计复杂性。HMC8200LP5ME具有−31 dBm至+4 dBm的IF输入功率范围,以1 dB步长提供35 dB数字增益控制,且模拟电压增益放大器(VGA)持续控制-20 dBm至+5 dBm的发射器输出功率。 该器件还具有三个集成式功率检波器。第一个检波器(LOG_IF)可用于监控中频输入功率。第二个检波器(SLPD_OUT)是一个平方律功率检波器,用于监控进入混频器中的功率。第三个功率检波器(LOG_RF)用于监控输出功率,可用于实现输出功率的精细调整。 应用 点对点通信 卫星通信 无线微波回程系统 另请查...
发表于 02-22 15:33 206次 阅读
HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器

ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用,校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流:50 mA(典型值)发射电流:50 mA至100 mA(随输出功率变化) 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器,包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC,具有无与伦比的集成度和特性集合,非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件,便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构,这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择,可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA),使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简...
发表于 02-22 15:33 837次 阅读
ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
发表于 02-22 15:31 58次 阅读
HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
发表于 02-22 15:14 152次 阅读
HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
发表于 02-22 15:07 272次 阅读
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
发表于 02-22 15:07 169次 阅读
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
发表于 02-22 15:06 211次 阅读
ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
发表于 02-22 15:05 436次 阅读
ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
发表于 02-22 12:05 283次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz