基于CMOS工艺的毫米波雷达对行业的影响增大

在目前三类主要的自动驾驶传感器中，毫米波雷达被视为性价比最高，有极强的穿透率，能够穿过光照、降雨、扬尘、下雾或霜冻来准确探测物体，可以在全黑的环境工作，可全天候工作。

车载毫米波雷达的性能指标，通常有探测距离、分辨率等，而决定这些指标优劣的，是毫米波雷达内部的天线、射频、基带以及控制处理部分。当中射频的技术难度较高，主要负责微波信号的发射与接收。

雷达要实现相应的功能，需要通过各个处理模块配合完成，而由于汽车的使用环境，对尺寸以及稳定性的要求较高，这些特性回溯到源头，就取决于以上不同模块的集成。

传统的做法是在雷达内集成各个不同模块，以SiGe工艺为主，技术成熟，但集成度较低，新兴的CMOS工艺可将不同模块集成到单芯片上，集成度较高，但还处在早期。

传统的SiGe工艺

半导体材料可以分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体指硅、锗单一元素形成的半导体，化合物指砷化镓、磷化铟等化合物形成的半导体。

毫米波雷达芯片的工艺，主要分为锗硅(SiGe)和CMOS两种，SiGe工艺最早是由IBM 于1998年推出量产方案，之后便广泛用于无线通信IC制程技术之一。SiGe高频特性良好，材料安全性佳，导热性好，而且制程成熟、整合度高，具成本较低之优势。

SiGe既拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势，又具备第3到第5类半导体（如砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP））在速度方面的优点。

毫米波雷达射频前端MMIC芯片、主处理器是毫米波雷达的硬件核心，前端主要包括收发模块、功放和处理模块。

目前大多数毫米波雷达前端基于锗硅(SiGe)技术，大都是分立式的，即发射器、接收器和处理组件均为独立单元，这使得其设计过程十分复杂，并且整体方案体积庞大。

而在汽车应用中，一般会配备多个雷达传感器，如果采用锗硅(SiGe)传感器，空间上的限制使得其“难堪重任”。

英飞凌的前端芯片采用转换频率为200 GHz的硅锗（SiGe）制造工艺。该工艺作为KOKON项目的一部分，由德国联邦教育与研究部（BMBF）协助开发，专门设计用于汽车行业，并通过了相关认证。

与目前使用的砷化镓（GaAs）组件不同，SiGe工艺可制造出更加小巧且经济实惠的雷达传感器。此外，英飞凌还推出了全新的集成测试方法，确保雷达传感器满足汽车行业苛刻的质量要求。

CMOS工艺

CMOS 与传统 SiGe 双极型晶体管相比,由于在低电压条件下也可运行，因此可降低耗电量。虽然 CMOS 存在低频区噪声偏大的问题，但两者在毫米波区域(76-81GHz)具有大致同等的性能，对于77-79GHz车载毫米波雷达应用,，CMOS 低频区噪声大的问题并不太突出。

同时，全球CMOS 产业链已十分成熟，可大批量生产，基于CMOS技术实现毫米波雷达关键器件，可使整个雷达系统的成本显著下降。

CMOS工艺一般分为RFCMOS、Ultra CMOS、Si BiCMOS。RF CMOS工艺可分为两大类：体硅工艺和SOI（绝缘体上硅）工艺。

采用RFCMOS制程最大的好处，当然是可以将射频、基频与存储器等组件合而为一的高整合度，减小系统的尺寸、降低功耗、成本。

在工艺技术改进的推动下，CMOS的速度可不断提高，79GHz波段可提供4GHz带宽，能够探测5cm范围以内的物体，提升了探测精度，实现更高范围的分辨率。

NXP推出了高集成的雷达收发器技术（RFCMOS或BiCMOS）提供可扩展的系统解决方案，可解决超短距离，短距离，中距离和远距离雷达。TEF810X是一款完全集成的RFCMOS 77GHz汽车雷达收发器。

MR3003是一款完全集成的BiCMOS雷达收发器，符合汽车要求的76-81 GHz单芯片。MR3003具有同类最佳性能，例如具有TX相位旋转的高角度分辨率，由于低相位噪声和线性造成的最佳物体分离效果，以及由于高输出功率和低噪声系数导致的长检测范围。

TI最新推出的毫米波雷达芯片AWR1642，采用德州仪器低功耗45纳米RFCMOS工艺制造，它是一款高端单芯片方案，实现了RF+MCU+DSP全集成，MCU可运行汽车开放式系统架构、集群和跟踪算法，DSP则可执行定点和浮点运算以提升处理效率。

相比于传统的24GHz方案，其外形尺寸缩小33%、功耗减少50%、范围精度提高10倍以上、整体方案成本更低。

集成度更高是大势所趋

博世中距雷达MRR工作在76-77GHz频段，三发四收，工作张角（aperture angle）可达±45度，能探测远达160米的物体。

MRR采用了英飞凌77GHz的SiGe单片微波集成电路（MMIC）用作高频发射器和接收器，使用混合PTFE/FR4基板制作非对称结构，并配有平面天线。这两个RF裸片采用由英飞凌研发的嵌入式晶圆级BGA（embedded wafer level BGA）、扇出晶圆级封装（Fan-Out Wafer Level Package）。

大陆集团77GHz雷达ARS4-A也使用了NXP的方案，射频（RF）芯片采用重分布芯片封装（RCP）扇出晶圆级封装，该封装最初由飞思卡尔（Freescale）开发和制造。

奥托立夫77GHz多模雷达集成了两块电子板，包括德州仪器（TI）的微控制器和汽车视觉处理器。射频（RF）板使用混合PTFE/FR4基板制作成不对称结构，并且配备有平面天线。

该雷达使用英飞凌（Infineon）77GHz SiGe单片集成微波集成电路（MMIC）作为其高频发射器和接收器。射频（RF）芯片采用最新的eWLB封装，这是英飞凌开发和制造的扇出型晶圆级封装。发射器和接收器连接到双功率放大器和英飞凌的波形发生器。

德尔福RACam集成了76 GHz第二代短距离雷达和摄像头，其中雷达芯片便采用了英飞凌76 GHz雷达接收器和发射器：RRN7740和RTN7750。

从以上可以看出，目前全球主流的毫米波雷达厂商，还是采用SiGe工艺的芯片，部分芯片厂商也在推基于CMOS工艺的芯片。后者代表着高集成度，低功耗以及小尺寸，未来将会成为行业趋势。

目前，各家芯片厂商也在努力推进cmos制程的芯片商用量产。但每一项新的工艺取代传统工艺，在初期都会面临成本的压力，作为一项新的技术，CMOS的工艺尺寸未来还会减小，集成度也还会越来越高。