應用于汽車電子的高分辨率汽車雷達

一家名為Uhnder的公司正在憑借其第一個芯片和在ISSCC 2019上發(fā)表的論文從``隱身模式''中脫穎而出，該論文是192個虛擬接收器77 / 79GHz GMSK碼域MIMO雷達片上系統(tǒng)。創(chuàng)始人Manju Hegde告訴我，他們正計劃在2019年晚些時候推出。
可以追溯到1957年的大型汽車供應商麥格納（Magna）很快就成為了他們的第一個客戶。麥格納將使用Uhnder數(shù)字片上雷達（RoC）部署下一代汽車級大眾市場傳感器，從而實現(xiàn)更好的自動化和自動駕駛。
他們的產(chǎn)品是第一臺數(shù)字汽車雷達（軍方較早使用數(shù)字雷達）。弗雷德·哈里斯（Fred Harris）幾年前為“隱形轟炸機”研究了軍事數(shù)字雷達架構(gòu)。他是Blackman-Harris濾鏡的共同發(fā)明人，并且作為Uhnder擴展團隊的一員，正在利用他的專業(yè)知識。他們的團隊采用了這種軍用數(shù)字雷達架構(gòu)，并開始開發(fā)其汽車/商業(yè)IC。現(xiàn)在，所有其他汽車雷達都通過FMCW進行了模擬調(diào)制。
雷達SoC
今天讓我驚訝的是，采用CMOS IC工藝技術(shù)可以完成的工作。看一下它們在圖1中的IC框圖。

圖1雷達SoC框圖，包括12TX / 8×2 RX 77/79 GHz MIMO收發(fā)器，數(shù)字信號處理，存儲器和接口（圖片由參考文獻1提供）
Uhnder的雷達芯片使用相位調(diào)制連續(xù)波形（PMCW）3,4。該架構(gòu)的特點是在79 GHz頻段的中型（MRR）和短程雷達（SRR）的汽車雷達，以及在76 Ghz至77 Ghz的遠程雷達（LRR）的汽車雷達，也被調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）使用）雷達，目前用于汽車。79 GHz SRR可以具有高達4 GHz的非常寬的帶寬。Uhnder使用CMOS工藝創(chuàng)建其PMCW體系結(jié)構(gòu)。
隨著以CMOS工藝開發(fā)的用于60 GHz通信的快速，低功耗，高速ADC的出現(xiàn)，PMCW成為優(yōu)勢，因為CMOS ADC具有很寬的IF帶寬，加上更少的IP和專利阻礙了市場準入立即購買PMCW。IEEE雷達會議論文（參考文獻4）得出的結(jié)論是，在針對79 GHz汽車雷達的雙相PMCW和FMCW的比較中，PMCW在性能和實現(xiàn)上都更出色。
PMCW的一個方面是該體系結(jié)構(gòu)沒有范圍多普勒模糊性。PMCW雷達的射程響應像圖釘一樣，這意味著可以實現(xiàn)高射程和多普勒分辨率。PMCW的波形生成非常簡單：雙相調(diào)制實現(xiàn)非常簡單。
Uhnder的設計始于碼域中用于MIMO的無干擾碼，例如用于通信的碼分多址（CDMA）。這是一種魯棒的檢測方法，具有較高的角分辨率，可以對在一定距離處靠在一起的兩個物體進行不同的識別。他們使用CDMA代碼在76 GHz至81 GHz之間調(diào)制載波。借助這種數(shù)字代碼調(diào)制（DCM）技術(shù)，它們比FMCW具有多個優(yōu)勢。一個優(yōu)勢是，對于芯片的模擬部分來說，對于相同數(shù)量的通道，Uhnder的面積比大多數(shù)競爭對手小了8到10倍。另一個優(yōu)點是，由于它們是一致的并且使用碼域分集，具有12個發(fā)送通道和16個接收通道，因此它們能夠獲得192個虛擬接收器（VRX），
他們的設計還可以檢測來自其他多個雷達系統(tǒng)的干擾。CDMA格式允許多個發(fā)送器/接收器互不干擾。這是特別需要的，因為進入2022年到2024年的時間范圍內(nèi)，將會有很多帶有雷達的汽車。PMCW雷達的另一個主要優(yōu)點是它使用二進制序列，該序列可通過代碼/波形設計實現(xiàn)TX正交性。這個優(yōu)點表現(xiàn)在紙在參考文獻4與4×4 PMCW MIMO雷達，能夠檢測兩個靶，用5和20的雷達截面（RCS）dBsm為單位，以相同的距離（同一距離單元），但在具有高角度分辨率的不同角度。
最后，他們決定將完整的CMOS架構(gòu)與他們的IC一起使用。低功耗是CMOS的明顯優(yōu)勢。片上高速ADC非常復雜，因此CMOS是保持IC功耗低的最佳選擇。該體系結(jié)構(gòu)還使用多個發(fā)送器/接收器，這也受益于CMOS的使用。單個單片芯片上的高帶寬連接性使IC設計人員可以靈活地確定將放置存儲器的位置，由于高帶寬而需要多少存儲空間以及其他需求。
至于系統(tǒng)級別，這是市場上最高分辨率的雷達。這是真正的具有4維x，y，z（或極坐標）加速度的4-D雷達系統(tǒng)。而且，由于采用了調(diào)制方式，它們可以分辨非常接近的小目標中的大目標。烏恩德（Uhnder）聲稱他們的角分辨率比任何其他人都要好。
兩種雷達模式
該雷達以兩種模式工作：MIMO模式，它們向所有發(fā)射機發(fā)送不同的代碼，并且可以在所有接收機中同時接收這些代碼。由于PMCW使用二進制符號，因此MIMO雷達的一個優(yōu)勢是，如果不同的TX天線同時發(fā)送信號，則它們需要在不同的TX天線上具有近乎完美的正交波形，這對于像駕駛場景中的物體那樣的快速照明是必需的。二進制無干擾代碼使正交性成為可能4。他們還可以在相控陣模式下操作芯片，在該模式下，他們對發(fā)射器進行數(shù)字化相位處理，以在發(fā)射器之間發(fā)送相同的代碼，以進行相控陣和波束控制。
片上有很多可編程性，因為它們在模擬簡單性上取舍了更大的處理能力，從而增加了靈活性。該公司聲稱這是第一臺軟件定義的雷達?？蛻艨梢酝ㄟ^軟件配置許多功能，還可以通過一些非常強大的片上DSP進行編程，客戶可以根據(jù)自己的喜好進行編程，以使其產(chǎn)品與眾不同。這種靈活性從模擬開始，一直到軟件。
我迫不及待地希望在不久的將來看到這種雷達在測試城市中發(fā)揮作用。這種架構(gòu)與V2X結(jié)合使用（請參閱下面的相關(guān)文章以了解更多信息），將使自動駕駛更加安全可靠。
Steve Taranovich在電子行業(yè)擁有超過45年的經(jīng)驗。