今天的ADAS功能是由包括攝像機、雷達和激光雷達在內的一係列傳感器技術實現的。設計人員現在可以高效地開發出諸多先進的安全功能，比如正麵碰撞告警、盲區檢測、行人檢測和自動駕駛功能。攝像機被廣泛用於物體識別，而採用射頻電磁波的雷達則被用於測量距離。激光雷達使用激光束測量距離，也可以用於識別物體。掃描激光雷達係統可以用來檢測道路上或道路旁的物體，並且能夠填補使用雷達和攝像機時存在的已知盲區。 當我們去考慮即將融入到現代汽車中的所有不同推薦電子産品時，駕駛時的安全性首當其沖。在今天的汽車中我們喜聞樂見的電子功能有很多，比如包括數字音響在內的豪華音響係統等，但在保護司機和乘客以及行人、其他汽車、司機和車外財物時，我希望近期能看到更多的專業電子技術。碰撞緩解係統可以拯救無數人的生命，防止人們受傷，確保更少的財産損失，還能使保險費持續下降。 雖然我們在走嚮自動駕駛汽車的道路上還冇有做好技術準備，但我們近期在汽車中卻能擁有安全電子産品。雷達、激光雷達和攝像機視覺集成在現代汽車中正變得越來越價格合理。 下麵討論一下在雷達和激光雷達係統方麵，即將進入到現代汽車中的先進電子係統。我們先從TI公司最近剛剛發佈的最新創新之一——麵嚮汽車和工業應用的最新毫米波（mmWave）傳感器開始。 先進駕駛輔助係統（ADAS） 今天的ADAS功能是由包括攝像機、雷達和激光雷達在內的一係列傳感器技術實現的。設計人員現在可以高效地開發出諸多先進的安全功能，比如正麵碰撞告警、盲區檢測、行人檢測和自動駕駛功能。攝像機被廣泛用於物體識別，而採用射頻電磁波的雷達則被用於測量距離。激光雷達使用激光束測量距離，也可以用於識別物體。掃描激光雷達係統可以用來檢測道路上或道路旁的物體，並且能夠填補使用雷達和攝像機時存在的已知盲區。 毫米波雷達 增強駕駛安全性從而避免事故發生要求我們檢測車外物體的距離、速度和角度。理想情況下我們希望係統能夠在雨、霧、灰塵、光亮和黑暗等惡劣環境條件下正常工作，而真正出彩的附加功能是能夠穿透玻璃、塑料和其他材料的多樣性檢測能力，並且能夠滿足車內或車上的係統性能和佈局要求。從我可以見到的當今技術來看，隻有毫米波能夠滿足所有這些條件。 我對於行業內毫米波技術性能的快速改進感到非常樂觀，因為在即將到來的5G通信標準中，毫米波也是一個關鍵需求。像波束控製等創新正是5G給毫米波帶來的額外好處。 當然，毫米波技術已經推出來很長時間了，特別是在通信行業。然而，這種技術在汽車和工業領域應用還缺少一些關鍵的性能。對設計人員來說需要有更高的精度、更小的尺寸、更低的功耗和更快的上市時間。今天的毫米波技術很複雜，一個係統需要採用多芯片的解決方案，比如發射器、接收器、ADC/DAC、處理器和放大器。 TI公司毫米波雷達解決方案 TI正在開發一種單芯片的毫米波解決方案，工作在76-81GHz頻譜，其射頻電路、微控製器、DSP和接口都集成在一顆裸片上。這種解決方案中最值得稱道的地方是，從一開始設計就考慮了汽車應用。我採訪了TI公司雷達部門的總經理Sameer Wasson，他嚮我詳細介紹了TI公司最新的IC係列産品。 實際上這是一個5芯片的産品組合，設計人員可以方便地從中選出適合他們係統架構的特定産品。當然，快速上市和魯棒性的設計是必需的，TI在這方麵從未落後：設計和開發工具也非常豐富，比如mmWave Studio軟件、mmWave在線培訓、單一軟件開發套件/通用軟件以及諸如評估闆和參考設計等開發工具。 我從未停止過對IC設計人員能嚮低功耗、高性價比的微型CMOS芯片中集成什麼感到驚訝。在本例中還是個很高頻的IC。TI的Kilby Labs創新一直是業內電子設計人員的助推器。先進的混合信號電路、超低功耗的晶體管以及如此多的獨創性使得這些IC在電路設計人員的手中熠熠生輝。 中長距雷達 第一款IC是用於中長距雷達的AWR1243射頻芯片，可用於汽車緊急製動、自適應巡航控製和自動高速行駛。 接近傳感 接下來是帶射頻和微控製器的AWR1443，用於實現乘員檢測、人體傳感器、車內手勢識別和司機監視等應用中的接近傳感。 超短距和短距雷達 最後還有包含射頻、微控製器和DSP處理器的AWR1642，用於超短距和短距雷達。這樣的應用包括盲區監視、車尾碰撞避免/告警、變道輔助、行人/自行車檢測、碰撞避免、十字路口交通提醒、360?全景和停車輔助。這個IC可以檢測以車輛為中心半徑為100m範圍內的環境。正是這種功能實現了自動駕駛。這個IC包含DSP、帶CAN和CANFD的RAM，可以實現車輛周圍精確的3D網格創建，從而實現不同的輔助和安全功能。 動態多模操作 通過在汽車係統中整合AWR1243、AWR1443和AWR1642，設計人員可以建立一個動態的多模操作係統，其中的傳感器能夠從餐車場景切換到高速行駛、低速操控和停車場景。傳感機製必須隨著行駛條件而改變——行駛條件從高速公路到城市道路或停車場是不同的。這些傳感器能夠每隔幾毫秒進行重新配置，以適應這些不同的動態區域。這些傳感模式從幾毫米到幾百米不等，以便適應靜止物體或速度高達300km/h的移動物體（圖1）。 

 

圖1：這些IC解決方案可以幫助汽車行業的電子設計人員實現符合2級自動化及以上傳感需求的雷達傳感器。 ADI公司雷達解決方案 2017年2月，亞諾德半導體（ADI）公司發佈了Drive360 28nm CMOS雷達技術平臺。該平臺所採用的成熟的ADAS、MEMS和雷達技術産品組合在過去20年中已被廣泛用於整個汽車行業。 2017年4月，名為Renesas Autonomy的ADAS平臺被推出。與此同時，ADI公司宣佈與瑞薩公司合作開發一款係統級的77/79GHz雷達傳感器演示裝置，可用來改進ADAS應用。目前ADI公司已有一款24GHz的SiGe BiCMOS芯片組，但他們正在計劃開發一種麵嚮未來的7x GHz RF CMOS係統解決方案。“蛙跳遊戲”將會繼續。 激光雷達 最近我採訪了ADI公司汽車安全部門的總經理Chris Jacobs。Jacobs告訴我，ADI解決方案在過去20年中利用其電子與傳感器技術挽救了許多生命。該公司的慣性MEMS傳感器被設計進了氣囊技術（從1993年開始，和ADXL50 MEMS器件一起）和電子穩定性控製應用（圖2）。 

 

圖2：ADI公司如今在高性能MEMS、射頻/毫米波以及光子/光學技術領域擁有核心競爭力。 在過去15年中，ADI公司的24GHz和77GHz汽車雷達戰果輝煌，在2016年11月又收購了Vescent Photonics公司的固態激光束控製技術，因此在高性能MEMS、射頻/毫米波（通過收購Hittite公司）以及光子/光學技術領域擁有核心競爭力。 

 

圖3：雷達性能重要的原因。 帶波束控製的ADI激光雷達 隨著ADI公司收購Vescent Photonics公司的非機械式固態激光束控製技術，激光雷達係統變得更緊湊更具魯棒性，並成為汽車中一個更加實惠的功能。 設計人員希望所實現的掃描係統能像司機的眼睛一樣工作，使用智能自適應掃描技術完整地瀏覽感興趣的窄/高分辨率區域，並模仿具有動態視野（FOV）的人類司機眼睛，進而優化數據總線的使用。 現在固態掃描係統無需活動的機械部件就能實現（圖4）。 

 

圖4：距離可達70m的電壓可調模擬摺射專利技術。 圖4展示了二維液晶（LC）波導控製的波束架構的工作原理。電極可以做進波導平麵內的棱鏡中。為了控製光束，棱鏡摺射率可以以相對周圍區域的摺射率進行調整。在非正常界麵，摺射率可以通過Snell定律進行調整。 這種架構支持精密的實時映射，可用於先進的碰撞檢測和自動駕駛應用。激光雷達可提供距離和物體識別數據，而成為傳感器融合架構中的核心元件。激光雷達設計提供連續掃描，並且不會有盲點。 Velodyne公司的Velarray激光雷達傳感器 Velodyne公司最近發佈了一款小尺寸的Velarray激光雷達傳感器。這種新器件可以嵌入自動駕駛汽車和ADAS係統，還可以與自適應巡航控製一起使用。 

 

圖5：Velarray激光雷達傳感器。 這種新的激光雷達傳感器採用了Velodyne公司的專利ASIC（專用集成電路），可以以125×50×55mm的小封裝尺寸提供高性能，可嵌入汽車的前麵、側麵和各個角落（圖6）。 

 

圖6：Velodyne公司小型ASIC尺寸。 

 

圖7：Velarray傳感器功能。 

這種傳感器可以提供水平方嚮達120?和垂直方嚮達35?的視場角（FOV），即使是對低反射率的物體也能達到200m的探測距離。Velarray傳感器可以達到汽車完整安全性等級ASIL B，支持L4和L5自動駕駛汽車和具有ADAS功能的汽車的安全操作。當大批量生産時，目標價格為數百美元。 巴塞羅納國際汽車展 我想回顧一下在2017年5月舉辦的有趣的歐洲汽車展會——巴塞羅納汽車展。這次展會突出了聯網街區的概念——這個區域可以為活動參與者提供第一手機會，來測試在汽車領域中發展的最新技術。聯網街區有四個主題：“自動駕駛”、“電子移動”、“聯網汽車”以及“虛擬現實”。下麵介紹其中的兩個主題： 體驗1：使駕駛變得更輕鬆 在這個環形線路上，參觀者可以有15分鍾的時間測試最新的前沿技術，包括：泊車輔助、緊急製動、信息娛樂、盲區信息係統和交通信號識別等。 體驗2：電子移動 參觀者可以在“聯網影院”這個區域測試電動汽車，並參加投資自動駕駛係統的品牌公司提供的展示和音視頻展覽。 圖10是1929年第一屆巴塞羅納汽車展上拍攝的老照片。該展會創建於1919年。 

 

圖8：1929年舉辦的第一屆巴塞羅納汽車展。 參與聯網街區試驗的品牌公司有本田、現代、起亞、梅賽德斯奔馳、SEAT、Smart和豐田，合作方是Servei Català de Trànsit。 我確實還冇有準備好坐進任何類型的自動駕駛交通工具——不管它是行駛在美國亞利桑那州沙漠或紐約城市道路上的汽車，還是在迪拜上空飛行的無人機，但我的下一輛汽車肯定要有全部的ADAS功能，而且最好還是輛電動汽車。 本文轉載自電子技術設計。      推薦閱讀：用RFID做無人便利店麵臨四大技術硬傷從電報到5G 從甚低頻到太赫茲 細數無線電頻譜發展史相控陣天線和波束成形在無線通信中找到新用武之地如何使微處理器的PWM頻率和分辨率翻倍眼球追蹤技術麵臨四大難題，下一步應該這樣走？