汽车毫米波雷达市场爆发增长，28nm CMOS技术给加安全“Buff”

毫米波雷达因其透射和绕射性能优异，不受雨雪、雾霾等天气、环境因素影响，是结合LiDAR和摄像头等实现汽车智能化的关键传感器。随着ADAS系统逐步下沉至入门级车型以及自动驾驶的快步推进，第三方调研机构DIGITIMES数据称，2017-2022年车载毫米波雷达（含短中距和长距）市场年复合增长率高达42%，并将于2022年达到近160亿美元规模。

图1.2017-2022年主要车载传感器市场规模

想象一下，当路上来来往往的汽车雷达一刻不停地向外发射射频信号，密密麻麻的无线电频谱犹如细细编就的大网，雷达干扰的可能性必将激增。但是，车载雷达出现“致盲”或是“幻影”将导致驾驶安全出现隐患，因此雷达传感器必须有很强的射频信号接收、处理能力，保证不轻易被干扰的高可靠性。

受益于多年来在射频信号链上的深厚积累，高性能模拟技术领导厂商ADI公司的多款雷达接收路径AFE、接收机下变频器、频率合成器、锁相环、单片微波集成电路(MMIC)等在业界汽车雷达设计中有着非常广的应用。近年来,ADI公司基于独特的28nmCMOS技术打造的多款射频领域核心产品，在带宽、功耗和动态范围关键性能上都大幅增强，为高可靠性汽车雷达解决方案提供了新的选择。

毫米波雷达两大类干扰分析

目前汽车领域的毫米波雷达主要基于FMCW技术，即发射并接收调频信号，而后根据收发信号之间的频率差来确定目标的位置以及相对速度，拒绝式或欺骗式干扰是其主要面对的干扰类型。比如，当车辆试图检测正前方的目标车辆时，侧前方相向行驶车辆发出的雷达信号可能对其产生干扰，致使目标车辆被检测到的概率降低，或是检测到实际并不存在的目标等，从而影响车辆对周边环境的认知、做出错误判断，最终危害驾驶安全。下图为典型的迎面而来的汽车干扰示例，这些干扰可能源于汽车雷达之间无意的相互干扰，或者是人为故意的——只需要使用廉价硬件简单地将强连续波(CW)信号攻击车辆雷达即可。

图2.a)FMCW拒绝式干扰；b)FMCW欺骗式干扰

不管是拒绝式干扰导致识别不出真实目标，还是欺骗式干扰导致误认为存在虚假目标，都意味着汽车雷达失去准确追踪真实目标的能力，都是不可忍受的。目前，基本的雷达干扰缓解技术主要依赖于避干扰方法，即通过降低空间、时间和频率重叠的可能性以避免与其他雷达意外同步，保证雷达检测结果的可靠性。

28nmCMOS先进工艺提升护盾值

随着汽车智能化浪潮汹涌，城市道路上的车载雷达将越来越多，高工智能产业研究院（GGAI）预计，到2020年全球量产新车至少有超过20%安装毫米波雷达。为应对大大增加的毫米波雷达受干扰可能性，业内领导厂商纷纷寻求更高性能的解决方案。以ADI公司为例，其基于28nm CMOS工艺的制造优势，探索RF器件在带宽、功耗、动态范围和信号频带等关键性能上的更优表现，以满足包括航空电子、雷达、汽车ADAS、无线基础设施等多种应用领域提出的新需求。

以ADI公司双通道、14位、3GSPS高速模数转换器(ADC)AD9208为例。这款模数转换器专为千兆赫兹带宽应用而设计，能够满足车载雷达应用对更大侦测范围和更高灵敏度的需求，同时十分适用于高频谱效率的4G/5G多频段无线通信基站应用，还可达到多标准生产仪器仪表降低运行时间的目标。基于28纳米CMOS技术，AD9208可实现业界领先的带宽和动态范围，覆盖最多的信号频段数。它还具有适用于分集射频接收和I/Q解调系统所需的低噪声频谱密度的特点，且功耗极低。

在现如今越来越密集的射频环境中，越来越多的雷达传感器采用了弹性缓解技术，而弹性缓解技术则对雷达前端和量化部分所具有的动态范围提出了更高的要求。不管是对拒绝式干扰进行时频域转换滤波，还是对欺骗式干扰信号进行相位编码标记，都需要雷达前端的信号处理器具有足够的动态范围，而AD9208超高的动态范围完全能够线性地处理干扰信号和目标信号，同时也能对相位编码技术进行有效支撑。

AD9208经过专门设计，支持那些可对高达5GHz带宽的模拟信号进行直接射频采样，ADC输入的-3dB带宽为9GHz。噪音密度-152dBFS/HZ。这款双通道ADC内核采用具有集成式输出纠错逻辑的多级差分流水线架构。每个ADC都具有宽带宽输入，支持用户可选的各种输入范围。集成基准电压源可简化设计。其模拟输入和时钟信号是差分输入。ADC数据输出通过纵横多路复用器从内部连接到四个数字下变频器(DDC)。各DDC最多由五个级联信号处理级组成：48位频率转换器、NCO以及最多四个半带抽取滤波器。NCO允许在通用输入/输出(GPIO)引脚上选择预置频段（最多可以选择三个频段）。通过SPI可编程配置文件，可以在多个DDC模式之间选择AD9208的操作。

ADI合作伙伴Astyx在CES2019上展示基于28nm CMOS RADAR MMIC汽车雷达装置。

除了DDC模块外，AD9208还配备了其他多种功能以简化通信接收器中的自动增益控制(AGC)功能。通过使用ADC的寄存器0x0245中的快速检测控制位，可编程阈值检测器可以监测输入信号的功率。如果输入信号电平超过可编程阈值，快速检测指示器会变为高电平。由于此阈值指示器具有较低的延迟，用户可以迅速调低系统增益，从而避免ADC输入端出现超量程现象。用户还可以根据DDC配置和接收逻辑器件的可接受线速，在各种单线、双线、四线和八线配置中配置基于子类1JESD204B的高速串行化输出。

总的来说，AD9208有极高的采样速度，可帮助车载雷达设计工程师简化前端滤波，降低接收机的设计复杂度；同时，由于可实现5GHz以上宽带信号的直接RF采样，灵活性更高，可省去混频器，通过内部时钟分频器和可选RF时钟输出等简化系统设计，降低系统总成本。

毫米波雷达的触角继续延伸

除了车外环境感知应用，毫米波雷达还有极具想象空间的两大应用正在探索发展：工业机器人视觉，生理信号识别系统。

在越来越智能的工业应用中，人机协作和多机器人协作将逐渐成为主流。这要求机器人快速感知周边环境，包括障碍物和相对距离等，并做出实时响应。在包括汽车驾乘人员以及医院和家庭护理中，毫米波雷达可通过监测人呼吸过程中的身体关键部位的细微起伏来实现生理信号识别。这两大类应用中，毫米波雷达因其优异的绕射、透射性能，不会受限于视角，且相对成本更适中，因此比摄像头、LiDAR等技术更适用。因毫米波雷达而变得更好的未来，值得你我期待。