单芯片77GHz毫米波雷达出炉:激光雷达有望为之替代?

08-10 00:02 首页 MEMS

智能传感器现在被谈得很多。如果将毫米波雷达应用到无人机上,对于无人机避障来说,雷达目前是最好且是唯一能发现高压线的技术。

现在的时代是一个智能化的时代。据估计,到2020年,将会有1千万辆自动驾驶汽车行驶在道路上;未来5年内,将会有56%的工业公司效率得到提高;2020年,也将由81%的家庭和建筑实现智能化。

在这个背景下,感测需求将进一步加强,例如提高检测物体的距离、速度和角度;适应雨、雾、灰尘、光照和黑暗等环境条件;穿透塑料、干燥墙壁、玻璃等材料。而目前看来,毫米波是唯一能够满足所有这些需求的传感技术。这也是业界对毫米波雷达感兴趣的原因所在(对毫米波雷达和激光雷达区别感兴趣的朋友,请参见《毫米波雷达PK激光雷达》)。

然而,当今的多芯片毫米波传感器解决方案存在许多不足。这些挑战包括精度、尺寸、功耗、上市时间和设计复杂等。

日前,在微波射频技术研讨会上,德州仪器(TI)中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏为我们带来了“TI 77GHz毫米波雷达芯片解决方案在汽车以及工业领域的应用前景”的主题演讲。他介绍说,TI现已推出新型毫米波单芯片解决方案。他同时指出,激光雷达现在很流行,但现在还有一种声音是,用多片毫米波雷达的方式能否取代激光雷达?——毫米波雷达对于物体的穿透性非常好,在适应各种天气情况下的性能也非常好,而且成本很低。同时,因为是单芯片,整个成本可以降得很低,所以在整个性价比上可以实现很大的提升。


德州仪器(TI)中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏

据介绍,TI的单芯片CMOS毫米波方案从研发到推出经历了7年时间;现在推出的产品尺寸仅有10.4mm×10.4mm,宣称是世界上极精确、极小的毫米波76-81GHz传感器。“我们现在推出的这种单芯片大概就像指甲盖这么大(天线的尺寸是波长的1/4,所以77GHz雷达可以比24GHz做得更小)。基于77GHz频段,我们在很多领域可以做非常多的应用,包括汽车、工业。”蒋总表示。同时他透露,明年TI还将会推出集成天线的产品。



TI单芯片CMOS毫米波方案分为AWR和IWR两个体系。A代表Automotive(汽车),I代表Industrial(工业)。AWR又分为12xx、14xx、16xx,IWR又分为14xx和16xx。后面的两位数字代表收发天线数,比如AWR1243代表3发4收。“我们用FMCW(调频连续波)来做波形的发射与接收。”蒋总表示。

先来看汽车用毫米波雷达。其中,AWR1243适用于中长程雷达,可用于紧急制动、自适应巡航控制和高速公路高度自动驾驶。

相比之下,AWR1443中集成了MCU,适用于接近感测,比如用于乘员检测、车身传感器、驾驶室内手势识别和驾驶员监控。

AWR1642则是再增加了DSP在其中,适用于超短和短程雷达,比如盲点检测、防后方碰撞/警告、车道变更辅助、行人/自行车检测、防碰撞、路口交通警报、360度视角以及停车辅助。

此外,对于无人驾驶汽车来说,其行驶场景会从高速公路切换到低速密集区域,因此整个探测场景也要不断进行切换。这就需要实现动态多模式操作支持。而AWR12xx、14xx、16xx则可以从中远程到近距离实现完整覆盖。

从下图看,这三个系列毫米波雷达的区别便一目了然。



“汽车也在不断地演进,像侦测驾驶员的心跳呼吸,这个以前也没有想过。现在真的有很多车主在这方面面临需求,以前我们只是说车里面乘员的数量很重要,但现在心跳也要探测。”蒋总强调。

此外,再来看工业用毫米波雷达。智能传感器现在被谈得很多。如果将毫米波雷达应用到无人机上,对于无人机避障来说,雷达目前是最好且是唯一能发现高压线的技术。像工业中的非接触式振动检测,毫米波雷达可以达到非常高的检测精度,尤其是对设备距离较远的情况。另外,对于智能家居来说,相对摄像头来说,雷达不会带来隐私上的担忧。还有液位监测(比如埋在地下一百米深的汽油柴油),这都是毫米波在工业领域非常擅长的事情。此外,像叉车、机器人、火车监测等等,现在也都有现成的应用。


短距雷达探测演示——通过AWR1642单芯片雷达可检测80米以内的移动目标


雷达检测心跳和呼吸演示


延伸阅读:


《雷达传感器市场-2016版》


《汽车激光雷达传感器市场-2017版》

《激光雷达市场-2016版》

《LeddarTech固态激光雷达(LiDAR)模组:LeddarVu》



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