相較于激光雷達、攝像頭等傳感器，毫米波雷達由于具備全天候全天時的探測能力，即使在雨雪、塵霧等惡劣環(huán)境條件下依舊可以正常工作，再加上通過直接測量距離和速度，更容易實現(xiàn)對目標運動狀態(tài)的檢測，正逐漸在越來越多的新車上搭載。

以77 GHz毫米波雷達為例，據(jù)高工智能汽車研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，今年上半年國內(nèi)新車累計搭載前向77GHz毫米波雷達201.65萬顆，相較于2019年同期增長29.36%。下半年隨著搭載ADAS功能的新車陸續(xù)上市，預計今年全年前向77GHz毫米波雷達搭載量同比增速將維持30-40%。

盡管如此，相較于整個汽車市場來說，毫米波雷達的裝配率仍然處于低位，如何進一步推動這項技術在汽車領域的普及是亟待解決的問題。對此，蓋世汽車于日前采訪了加特蘭微電子CEO陳嘉澍博士。加特蘭微電子于2017年率先推出了全球首顆77GHz CMOS工藝毫米波雷達芯片并實現(xiàn)量產(chǎn)，帶動了產(chǎn)業(yè)鏈的重大變革。陳嘉澍指出，要想讓毫米波雷達成為各級別車型都用得上的技術，還需要在性能、成本等多方面進一步突破，這里面毫米波雷達芯片將起到十分關鍵的作用。特別是基于CMOS工藝的毫米波雷達芯片，由于可以幫助毫米波雷達同時實現(xiàn)高性能、易開發(fā)、小型化、經(jīng)濟性等多重優(yōu)勢，正逐漸成為越來越多整車廠和零部件供應商的選擇。

讓毫米波雷達真正普及，小型化和經(jīng)濟性是關鍵

毫米波雷達在汽車領域的應用早已有之。不過早期毫米波雷達里的核心芯片所采用的工藝主要是GaAs、SiGe等化合物半導體，其中基于GaAs工藝的毫米波雷達芯片前端大都是分立式的，即發(fā)射器、接收器和處理組件均為獨立單元，這使得雷達的設計過程十分復雜，產(chǎn)品體積也往往較大。

不僅如此，因上述原材料價格昂貴，導致毫米波雷達整體價格也相對較高，特別是77GHz毫米波雷達。所以在過去相當長的一段時間里，毫米波雷達主要是歐美高端車型的專屬。

憑借多年研發(fā)毫米波集成電路的經(jīng)驗，陳嘉澍認為毫米波雷達在汽車領域的應用前景絕不止于此，特別是在未來的輔助駕駛上將大有可為——只要這個傳感器足夠小，足夠經(jīng)濟。彼時是2014年，用他自己的話形容，就是“那個時候自動和輔助駕駛也并沒有現(xiàn)在這么火，無論是整車廠還是一級供應商，在這些方面沒有特別明顯的戰(zhàn)略方向” 。但他還是決定一試，以推動傳感器真正普及。

陳嘉澍的想法是，采用完全不同的CMOS工藝取代價格相對較昂貴的化合物半導體工藝，從而降低毫米波雷達的價格?！癈MOS工藝在消費電子產(chǎn)品領域已經(jīng)有了很成熟的應用，例如手機里的WiFi、藍牙以及電腦中的處理器，都是用CMOS工藝實現(xiàn)的。相較于化合物半導體，這項技術具備更大體量的經(jīng)濟規(guī)模，如果毫米波雷達芯片也能夠享受這種CMOS工藝所能帶來的規(guī)?；б妫瑑r格是可以大幅下降的?！标惣武硎?。

為此，加特蘭特別推出了AiP（封裝集成片上天線），通過在芯片封裝內(nèi)部集成天線陣列，減少客戶天線設計和高頻板材投入，并大幅縮短模塊研發(fā)和生產(chǎn)周期，加速毫米波雷達在汽車和行業(yè)市場的普及。

“客戶拿到這款產(chǎn)品之后，連天線都不用設計了。因為雷達里面除了電子部分，設計難度和成本比較高、良率控制比較復雜的就數(shù)天線了，我們推出了這款產(chǎn)品相當于大大降低了客戶的開發(fā)難度?！?陳嘉澍表示?！扒矣捎趯⑻炀€集成在芯片封裝上，在易用性和降低雷達模塊的體積方面，又有了進一步的提升?！?/p>

雖然相較于傳統(tǒng)的化合物半導體，CMOS工藝無論是在經(jīng)濟性還是集成度、可擴展性等方面都具有明顯的優(yōu)勢，但是要基于這項技術研發(fā)真正符合車規(guī)級需求的毫米波雷達產(chǎn)品，并不容易。

陳嘉澍指出“汽車領域的企業(yè)來做，最大的挑戰(zhàn)在于怎么用CMOS工藝實現(xiàn)77GHz這樣高頻的電路，并且保證噪聲在可控范圍內(nèi)。”此前就是因為未能實現(xiàn)技術上的突破，所以在77GHz毫米波雷達的普及方面，行業(yè)遲遲未有大的進展。

“尤其是要符合汽車開發(fā)的要求，比如芯片的工作溫度范圍要能夠覆蓋-40℃~125℃，而且要保證在汽車的整個生命周期內(nèi)，芯片都能夠在這么寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，整體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確保任一隨機故障、系統(tǒng)故障或共因失效，都不會導致安全系統(tǒng)的故障，避免造成人員的傷害或死亡、環(huán)境的破壞、設備財產(chǎn)損失等。

為更好地滿足車企的高安全需求，加特蘭一直將產(chǎn)品功能安全管理及認證工作放在首位，以確保產(chǎn)品的可靠性和安全性。今年3月，加特蘭已經(jīng)順利通過了德國萊茵TüV的ISO 26262功能安全流程管理認證，可支持到ASIL D等級芯片開發(fā)。據(jù)悉，加特蘭是目前國內(nèi)半導體行業(yè)唯二獲得該認證證書的芯片設計公司。陳嘉澍表示后續(xù)加特蘭將繼續(xù)加大投入，強化產(chǎn)品的功能安全。

從Transceiver、SoC到AiP的解決方案，多方面助力毫米波雷達量產(chǎn)

第一代產(chǎn)品Yosemite從研發(fā)到量產(chǎn)，加特蘭花了3年的時間?！八闶且粋€小小的里程碑，我們2017年推出第一代CMOS芯片的時候，也是全球首個汽車級CMOS工藝77GHz毫米波雷達射頻前端芯片?！?陳嘉澍說道。

在第一代產(chǎn)品里，加特蘭將毫米波射頻收發(fā)芯片用單顆CMOS芯片實現(xiàn)了，而在此之前，按業(yè)界的慣常做法需要用多顆化合物半導體才能達到同樣的效果，如此一來體積也小了，毫米波雷達的價格自然就降下來了。該產(chǎn)品于2018年正式開始在奇瑞、上汽等品牌相關車型上搭載，用于盲點監(jiān)測、變道輔助、前方碰撞預警等。

緊接著，加特蘭又于2019年推出了第二代產(chǎn)品Alps。與Yosemite相比，Alps將毫米波雷達里面的模擬、數(shù)字和雷達算法等用單芯片實現(xiàn)了，相比第一代集成度更高，且在性能、成本、功耗等方面也到了進一步的改善。特別需要指出的是芯片之間的級聯(lián)，通過這項技術加特蘭可以實現(xiàn)多款芯片之間的同步信號發(fā)射和數(shù)字處理信號的交互等，從而有效拓展芯片通道數(shù)量，優(yōu)化產(chǎn)品性能，這也是加特蘭獨創(chuàng)的技術。

固化在芯片內(nèi)部的雷達基帶處理引擎，是加特蘭區(qū)別于競爭對手的一個很重要的優(yōu)勢。這樣客戶只需通過寄存器的配置就能快速實現(xiàn)雷達系統(tǒng)的開發(fā)。“這樣做的好處是，第一、加快產(chǎn)品上市速度；第二、降低客戶的資源投入；第三、降低整個系統(tǒng)的開發(fā)成本?！?/p>

以Alps為例，傳統(tǒng)的芯片產(chǎn)品從研發(fā)到應用于量產(chǎn)車，大約需要4~5年的時間，但基于加特蘭的技術和解決方案，3年左右的時間就“上車”了，極大地縮短了毫米波雷達的量產(chǎn)進程，甚至整車的上市周期也會隨之縮短。正因為如此，雖然目前Alps還在小批量生產(chǎn)階段，采用這款芯片進行毫米波雷達研發(fā)的企業(yè)卻越來越多了。

通過產(chǎn)品的推陳出新和快速迭代，加特蘭實際上打破了外資芯片巨頭在車載毫米波雷達領域的長期壟斷，此前由于缺乏核心技術，國內(nèi)毫米波雷達包括相關芯片領域，一直由外資零部件巨頭牢牢占據(jù)著主導地位。陳嘉澍指出，到今年年底加特蘭會做完Alps的車規(guī)、可靠性、功能安全等方面的認證，最快明年初第二代產(chǎn)品就可以“上車”。

除了傳統(tǒng)的汽車雷達應用，毫米波雷達也將更多的被應用在“車外場景”，比如通過Alps AiP實現(xiàn)輔助泊車，環(huán)車的超短距探測，其中后者在擁堵等復雜的交通場景中尤為適用，可極大地彌補現(xiàn)有中長距傳感器在近距離感知方面的不足，代替超聲波傳感器等實現(xiàn)相關的駕駛輔助功能。

“還有車內(nèi)生命體征探測，因為毫米波雷達可以用來監(jiān)測呼吸心跳，現(xiàn)實生活中常有車主將兒童較長時間‘遺忘’在座艙內(nèi)，在夏天這是非常危險的，借助毫米波雷達傳感器可以很好地避免此類事故的發(fā)生。并且因為有了AiP技術，毫米波雷達可以做得特別小，在車內(nèi)安裝也十分方便，還不會涉及任何隱私問題?！?陳嘉澍表示。由此甚至可以拓展另一項技術——DMS的功能，通過將毫米波雷達與攝像頭結(jié)合，對駕駛員的呼吸心跳等體征信息進行監(jiān)測，以對潛在危險狀態(tài)及時預警?？梢哉f，加特蘭的AiP技術極大地拓展了毫米波的應用場景。

迎接自動駕駛商業(yè)化，高精度成像也是剛需

毋庸置疑，憑借CMOS工藝加特蘭不僅極大地降低了毫米波雷達的開發(fā)門檻，使其真正成為了大多數(shù)品牌車型都用得起的一項技術，也推動了CMOS工藝在毫米波雷達芯片領域的“走熱”，讓這項技術逐漸成為行業(yè)主流。那么在已有產(chǎn)品相繼市場化之后，更長遠的未來毫米波雷達還將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢呢？陳嘉澍指出主要有兩個方向：第一、高精度成像；第二、依舊是小型化和經(jīng)濟性。

其中在高精度成像方面，傳統(tǒng)的毫米波雷達雖然可以準確探測目標與雷達之間的距離、方位、速度等信息，但由于無法探測高度信息，所以無法成像，不能準確識別目標的形態(tài)，這也是毫米波雷達相較于攝像頭和激光雷達的短板所在?！钡珜τ贚3及以上級別的自動駕駛汽車來說，這類高精度探測需求又十分迫切，如果毫米波雷達也可以實現(xiàn)高精度成像，不僅可以與其他傳感器進行互補，甚至能在一定程度上取代昂貴的激光雷達?！?/p>

據(jù)陳嘉澍透露，目前在該領域加特蘭也將推出的第三代芯片產(chǎn)品就將具備相關功能。相較于當前產(chǎn)品，第三代產(chǎn)品的內(nèi)部存儲空間更大，射頻、信號處理和CPU的性能會更好。

“至于經(jīng)濟性和小型化方面，雖然現(xiàn)在毫米波雷達已經(jīng)逐漸在新車上搭載，但整體的滲透率其實還很低，特別是二十萬以下的車，至少還有一半沒有搭載，而未來5~10年考慮到ADAS在汽車領域仍將是主流，如何進一步提升毫米波雷達的普及率？成本一定是關鍵因素。” 陳嘉澍指出?！靶⌒突瘞淼暮锰巹t是安裝方便，并且可以同時在車上安裝多個毫米波雷達。”

正是基于以上原因，陳嘉澍指出在后續(xù)產(chǎn)品的研發(fā)方面，加特蘭會進一步遵循上述核心技術方向，不斷強化產(chǎn)品競爭力，將毫米波雷達芯片做到比競爭對手產(chǎn)品更小、更便宜，同時性能更好、功耗更小。“在可以預見的未來，低造價、小型化、低功耗的毫米波雷達的市場會長期存在?！?/p>

為實現(xiàn)這一點，加特蘭也在持續(xù)不斷地擴充團隊規(guī)模，強化整體研發(fā)實力。毫米波雷達作為汽車領域一個相對較前沿的應用，在專業(yè)人才的發(fā)掘和培養(yǎng)依然是比較大的挑戰(zhàn)?！坝捎谖覀兊闹R跨度比較大，研發(fā)人員的構(gòu)成很多樣，公司成立最初的幾年里，國內(nèi)各個方向上的專家都很稀缺，我們的團隊也是在不斷地摸索和學習的過程中逐步成長起來?！?陳嘉澍表示。因為對于創(chuàng)新型企業(yè)來說，只有團隊越發(fā)專業(yè)成熟，有好的且持續(xù)的交付能力，這才是公司賴以生存的根本。

不過陳嘉澍同時強調(diào)，要想真正推動ADAS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還需要更多的企業(yè)和上下游的伙伴參與其中，讓產(chǎn)品更好更快地落地。從最初的十幾家到現(xiàn)在兩百多家合作伙伴，加特蘭的發(fā)展也映射出整個行業(yè)投入的力度加大，好的芯片設計也將帶動產(chǎn)品競爭力的提升和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。正如陳嘉澍所說，良性的競爭環(huán)境、車企客戶的快速導入、ADAS的普及等因素，最終會相互促進，從而更好地助力汽車產(chǎn)業(yè)加速邁向智能化時代。

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