应用于汽车电子的高分辨率汽车雷达

一家名为Uhnder的公司正在凭借其第一个芯片和在ISSCC 2019上发表的论文从``隐身模式''中脱颖而出，该论文是192个虚拟接收器77 / 79GHz GMSK码域MIMO雷达片上系统。创始人Manju Hegde告诉我，他们正计划在2019年晚些时候推出。

可以追溯到1957年的大型汽车供应商麦格纳（Magna）很快就成为了他们的第一个客户。麦格纳将使用Uhnder数字片上雷达（RoC）部署下一代汽车级大众市场传感器，从而实现更好的自动化和自动驾驶。

他们的产品是第一台数字汽车雷达（军方较早使用数字雷达）。弗雷德·哈里斯（Fred Harris）几年前为“隐形轰炸机”研究了军事数字雷达架构。他是Blackman-Harris滤镜的共同发明人，并且作为Uhnder扩展团队的一员，正在利用他的专业知识。他们的团队采用了这种军用数字雷达架构，并开始开发其汽车/商业IC。现在，所有其他汽车雷达都通过FMCW进行了模拟调制。

雷达SoC

今天让我惊讶的是，采用CMOS IC工艺技术可以完成的工作。看一下它们在图1中的IC框图。

图1雷达SoC框图，包括12TX / 8×2 RX 77/79 GHz MIMO收发器，数字信号处理，存储器和接口（图片由参考文献1提供）

Uhnder的雷达芯片使用相位调制连续波形（PMCW）3,4。该架构的特点是在79 GHz频段的中型（MRR）和短程雷达（SRR）的汽车雷达，以及在76 Ghz至77 Ghz的远程雷达（LRR）的汽车雷达，也被调频连续波（FMCW）使用）雷达，目前用于汽车。79 GHz SRR可以具有高达4 GHz的非常宽的带宽。Uhnder使用CMOS工艺创建其PMCW体系结构。

随着以CMOS工艺开发的用于60 GHz通信的快速，低功耗，高速ADC的出现，PMCW成为优势，因为CMOS ADC具有很宽的IF带宽，加上更少的IP和专利阻碍了市场准入立即购买PMCW。IEEE雷达会议论文（参考文献4）得出的结论是，在针对79 GHz汽车雷达的双相PMCW和FMCW的比较中，PMCW在性能和实现上都更出色。

PMCW的一个方面是该体系结构没有范围多普勒模糊性。PMCW雷达的射程响应像图钉一样，这意味着可以实现高射程和多普勒分辨率。PMCW的波形生成非常简单：双相调制实现非常简单。

Uhnder的设计始于码域中用于MIMO的无干扰码，例如用于通信的码分多址（CDMA）。这是一种鲁棒的检测方法，具有较高的角分辨率，可以对在一定距离处靠在一起的两个物体进行不同的识别。他们使用CDMA代码在76 GHz至81 GHz之间调制载波。借助这种数字代码调制（DCM）技术，它们比FMCW具有多个优势。一个优势是，对于芯片的模拟部分来说，对于相同数量的通道，Uhnder的面积比大多数竞争对手小了8到10倍。另一个优点是，由于它们是一致的并且使用码域分集，具有12个发送通道和16个接收通道，因此它们能够获得192个虚拟接收器（VRX），

他们的设计还可以检测来自其他多个雷达系统的干扰。CDMA格式允许多个发送器/接收器互不干扰。这是特别需要的，因为进入2022年到2024年的时间范围内，将会有很多带有雷达的汽车。PMCW雷达的另一个主要优点是它使用二进制序列，该序列可通过代码/波形设计实现TX正交性。这个优点表现在纸在参考文献4与4×4 PMCW MIMO雷达，能够检测两个靶，用5和20的雷达截面（RCS）dBsm为单位，以相同的距离（同一距离单元），但在具有高角度分辨率的不同角度。

最后，他们决定将完整的CMOS架构与他们的IC一起使用。低功耗是CMOS的明显优势。片上高速ADC非常复杂，因此CMOS是保持IC功耗低的最佳选择。该体系结构还使用多个发送器/接收器，这也受益于CMOS的使用。单个单片芯片上的高带宽连接性使IC设计人员可以灵活地确定将放置存储器的位置，由于高带宽而需要多少存储空间以及其他需求。

至于系统级别，这是市场上最高分辨率的雷达。这是真正的具有4维x，y，z（或极坐标）加速度的4-D雷达系统。而且，由于采用了调制方式，它们可以分辨非常接近的小目标中的大目标。乌恩德（Uhnder）声称他们的角分辨率比任何其他人都要好。

两种雷达模式

该雷达以两种模式工作：MIMO模式，它们向所有发射机发送不同的代码，并且可以在所有接收机中同时接收这些代码。由于PMCW使用二进制符号，因此MIMO雷达的一个优势是，如果不同的TX天线同时发送信号，则它们需要在不同的TX天线上具有近乎完美的正交波形，这对于像驾驶场景中的物体那样的快速照明是必需的。二进制无干扰代码使正交性成为可能4。他们还可以在相控阵模式下操作芯片，在该模式下，他们对发射器进行数字化相位处理，以在发射器之间发送相同的代码，以进行相控阵和波束控制。

片上有很多可编程性，因为它们在模拟简单性上取舍了更大的处理能力，从而增加了灵活性。该公司声称这是第一台软件定义的雷达。客户可以通过软件配置许多功能，还可以通过一些非常强大的片上DSP进行编程，客户可以根据自己的喜好进行编程，以使其产品与众不同。这种灵活性从模拟开始，一直到软件。

我迫不及待地希望在不久的将来看到这种雷达在测试城市中发挥作用。这种架构与V2X结合使用（请参阅下面的相关文章以了解更多信息），将使自动驾驶更加安全可靠。

Steve Taranovich在电子行业拥有超过45年的经验。

参考

• 192个虚拟接收器77 / 79GHz GMSK码域MIMO雷达片上系统，Vito Giannini，Marius Goldenberg，Aria Eshraghi，James Maligeorgos，Lysander Lim，Ryan Lobo，Dave Welland，Chung-Kai Chow，Andrew Dornbusch， Tim Dupuis，Struan Vaz，Fred Rush，Paul Bassett，Hong Kim，Monier Maher，Otto Schmid，Curtis Davis，Manju Hegde，ISSCC 2019 /第9节/雷达和通信高频收发器/ 9.2
• PMCW-PMCW干扰缓解技术，美国专利号9,772，397 B1，Uhnder Inc，2017年9月26日
• 汽车联合雷达通信系统的多载波相位调制连续波形，Sayed Hossein Dokhanchi，Mysore R Bhavani Shankar，Thomas Stifter和Bjorn Ottersten，2018年第19届无线通信信号处理进展国际研讨会（SPAWC）
• 79 GHz CMOS汽车雷达的PMCW波形和MIMO技术，A.Bourdoux，U.Ahmad，D.Guermandi，S.Brebels，A.Dewilde和W.Van Thillo，2016年IEEE雷达会议（RadarConf）
• 雷达基础知识，雷达教程

编辑：hfy