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汽车摄像头线路板之迎接自动驾驶商业化,高精度成像也是刚需

文章来源:盖世汽车资讯作者:悄悄 查看手机网址
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人气:302发布日期:2020-09-25 09:21【

相较于激光雷达、摄像头等传感器,毫米波雷达由于具备全天候全天时的探测能力,即使在雨雪、尘雾等恶劣环境条件下依旧可以正常工作,再加上通过直接测量距离和速度,更容易实现对目标运动状态的检测,正逐渐在越来越多的新车上搭载。

以77 GHz毫米波雷达为例,有研究院统计数据显示,今年上半年国内新车累计搭载前向77GHz毫米波雷达201.65万颗,相较于2019年同期增长29.36%。下半年随着搭载ADAS功能的新车陆续上市,预计今年全年前向77GHz毫米波雷达搭载量同比增速将维持30-40%。

尽管如此,相较于整个汽车市场来说,毫米波雷达的装配率仍然处于低位,如何进一步推动这项技术在汽车领域的普及是亟待解决的问题。要想让毫米波雷达成为各级别车型都用得上的技术,还需要在性能、成本等多方面进一步突破,这里面毫米波雷达芯片将起到十分关键的作用。特别是基于CMOS工艺的毫米波雷达芯片,由于可以帮助毫米波雷达同时实现高性能、易开发、小型化、经济性等多重优势,正逐渐成为越来越多整车厂和零部件供应商的选择。

让毫米波雷达真正普及,小型化和经济性是关键

毫米波雷达在汽车领域的应用早已有之。不过早期毫米波雷达里的核心芯片所采用的工艺主要是GaAs、SiGe等化合物半导体,其中基于GaAs工艺的毫米波雷达芯片前端大都是分立式的,即发射器、接收器和处理组件均为独立单元,这使得雷达的设计过程十分复杂,产品体积也往往较大。

不仅如此,因上述原材料价格昂贵,导致毫米波雷达整体价格也相对较高,特别是77GHz毫米波雷达。所以在过去相当长的一段时间里,毫米波雷达主要是欧美高端车型的专属。

迎接自动驾驶商业化,高精度成像也是刚需

电路板小编认为毫米波雷达在汽车领域的应用前景绝不止于此,特别是在未来的辅助驾驶上将大有可为——只要这个传感器足够小,足够经济。彼时是2014年,用一句话形容,就是“那个时候自动和辅助驾驶也并没有现在这么火,无论是整车厂还是一级供应商,在这些方面没有特别明显的战略方向” 。但还是决定一试,以推动传感器真正普及。

采用完全不同的CMOS工艺取代价格相对较昂贵的化合物半导体工艺,从而降低毫米波雷达的价格。CMOS工艺在消费电子产品领域已经有了很成熟的应用,例如手机里的WiFi、蓝牙以及电脑中的处理器,都是用CMOS工艺实现的。相较于化合物半导体,这项技术具备更大体量的经济规模,如果毫米波雷达芯片也能够享受这种CMOS工艺所能带来的规模化效益,价格是可以大幅下降的。

为此,推出了AiP(封装集成片上天线),通过在芯片封装内部集成天线阵列,减少客户天线设计和高频板材投入,并大幅缩短模块研发和生产周期,加速毫米波雷达在汽车和行业市场的普及。汽车摄像头线路板小编了解到,客户拿到这款产品之后,连天线都不用设计了。因为雷达里面除了电子部分,设计难度和成本比较高、良率控制比较复杂的就数天线了,这款产品相当于大大降低了客户的开发难度。且由于将天线集成在芯片封装上,在易用性和降低雷达模块的体积方面,又有了进一步的提升。

虽然相较于传统的化合物半导体,CMOS工艺无论是在经济性还是集成度、可扩展性等方面都具有明显的优势,但是要基于这项技术研发真正符合车规级需求的毫米波雷达产品,并不容易。

汽车领域的企业来做,最大的挑战在于怎么用CMOS工艺实现77GHz这样高频的电路,并且保证噪声在可控范围内。此前就是因为未能实现技术上的突破,所以在77GHz毫米波雷达的普及方面,行业迟迟未有大的进展。尤其是要符合汽车开发的要求,比如芯片的工作温度范围要能够覆盖-40℃~125℃,而且要保证在汽车的整个生命周期内,芯片都能够在这么宽的温度范围内正常工作,整体的可靠性要求是非常高的。另外,功能安全也是很重要的一方面。功能安全最重要的作用是确保任一随机故障、系统故障或共因失效,都不会导致安全系统的故障,避免造成人员的伤害或死亡、环境的破坏、设备财产损失等。

除了传统的汽车雷达应用,毫米波雷达也将更多的被应用在“车外场景”,比如通过Alps AiP实现辅助泊车,环车的超短距探测,其中后者在拥堵等复杂的交通场景中尤为适用,可极大地弥补现有中长距传感器在近距离感知方面的不足,代替超声波传感器等实现相关的驾驶辅助功能。

还有车内生命体征探测,因为毫米波雷达可以用来监测呼吸心跳,现实生活中常有车主将儿童较长时间‘遗忘’在座舱内,在夏天这是非常危险的,借助毫米波雷达传感器可以很好地避免此类事故的发生。并且因为有了AiP技术,毫米波雷达可以做得特别小,在车内安装也十分方便,还不会涉及任何隐私问题。由此甚至可以拓展另一项技术——DMS的功能,通过将毫米波雷达与摄像头结合,对驾驶员的呼吸心跳等体征信息进行监测,以对潜在危险状态及时预警。

迎接自动驾驶商业化,高精度成像也是刚需

毋庸置疑,凭借CMOS工艺不仅极大地降低了毫米波雷达的开发门槛,真正成为了大多数品牌车型都用得起的一项技术,也推动了CMOS工艺在毫米波雷达芯片领域的“走热”,让这项技术逐渐成为行业主流。那么在已有产品相继市场化之后,更长远的未来毫米波雷达还将呈现怎样的发展趋势呢?PCB厂认为,主要有两个方向:第一、高精度成像;第二、依旧是小型化和经济性。

其中在高精度成像方面,传统的毫米波雷达虽然可以准确探测目标与雷达之间的距离、方位、速度等信息,但由于无法探测高度信息,所以无法成像,不能准确识别目标的形态,这也是毫米波雷达相较于摄像头和激光雷达的短板所在。但对于L3及以上级别的自动驾驶汽车来说,这类高精度探测需求又十分迫切,如果毫米波雷达也可以实现高精度成像,不仅可以与其他传感器进行互补,甚至能在一定程度上取代昂贵的激光雷达。

至于经济性和小型化方面,虽然现在毫米波雷达已经逐渐在新车上搭载,但整体的渗透率其实还很低,特别是二十万以下的车,至少还有一半没有搭载,而未来5~10年考虑到ADAS在汽车领域仍将是主流,如何进一步提升毫米波雷达的普及率?成本一定是关键因素。小型化带来的好处则是安装方便,并且可以同时在车上安装多个毫米波雷达。

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