關(guān)鍵字：精準定位需求 世強 24GHz單芯片雷達方案
為什么是微波雷達?
為什么這些場(chǎng)合必須要用到雷達而不是其他的探測方式？或許您可以從蝙蝠的身上尋找答案。蝙蝠是“瞎子”，但卻可以在夜間出沒(méi)，相當精準的探測障礙物。人們受到啟發(fā)于是發(fā)明了雷達。所以，在汽車(chē)，工業(yè)等領(lǐng)域中，在視覺(jué)條件很差的情況下還要求精確地探測物體時(shí)，雷達就被派上了用場(chǎng)。
目前在對汽車(chē)先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）的大部分討論都集中在使用可見(jiàn)波長(cháng)攝像機的被動(dòng)視覺(jué)系統上。知名的技術(shù)型電子元器件分銷(xiāo)商世強產(chǎn)品經(jīng)理宋斌在一次相關(guān)會(huì )議上就曾表示：“重要的一點(diǎn)是，‘ADAS傳感技術(shù)’只有雷達是與天氣無(wú)關(guān)的。而攝像機在識別目標上有優(yōu)勢，雷達更善于探測物體，測量其速度。” 宋斌解釋到，出于這些原因，很多重視探測和風(fēng)險分類(lèi)評估的早期系統會(huì )選擇雷達。他指出：“在歐洲，對卡車(chē)緊急剎車(chē)系統有很大的需求。它是基于雷達的。”
雖然光學(xué)視覺(jué)系統非常成熟了，而雷達系統的優(yōu)勢會(huì )使其更加完善。宋斌預測，在不久的將來(lái)，具有目標識別的多攝像機復雜系統能夠融合視頻和雷達據，對周?chē)氖澜缃?dòng)態(tài)模型。
“而相比成本更低的超聲波雷達，微波雷達一定是汽車(chē)ADAS系統的趨勢。因為相比超聲波雷達，微波雷達受的干擾要小很多，如其不受大霧天氣及溫度等的影響，檢測距離大于100m，而超聲波雷達受到的干擾則較多，檢測距離小于1m。雖然微波雷達的成本要高一些，但是真正能夠滿(mǎn)足汽車(chē)嚴酷環(huán)境安全要求的，還是要選‘攝像頭+微波雷達’的方案。”宋斌表示。
24GHz收發(fā)一體FMCW的高集成度方案
不過(guò)微波雷達系統高昂的成本及復雜的高頻設計一直使得其難以廣泛投入商用。“英飛凌適用于商業(yè)級和汽車(chē)級傳感應用的單片24GHz雷達芯片解決了這一難題。”宋斌進(jìn)一步指出：“作為英飛凌的增值服務(wù)分銷(xiāo)商，我們代理的英飛凌24GHz收發(fā)一體芯片BGT24Mxx系列堪稱(chēng)是目前市場(chǎng)上集成度最高的24GHz的ISM波段雷達收發(fā)器系列。該解決方案具備設計緊湊、系統靈活和成本效益的特點(diǎn)，在汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢非常明顯。”
圖1. 英飛凌24GHz收發(fā)一體芯片
BGT24Mxx系列工作在24GHz ISM頻段，采用頻率調制的連續波(FMCW)設計。配備了一個(gè)具有業(yè)界最高集成度的片上雷達收發(fā)器和一個(gè)僅用于接收的輔助芯片，使系統設計師能靈活實(shí)現多種應用的低成本和高性能的設計目標。
全新系列的三款器件分別為BGT24MTR11(單發(fā)射單接收通道)、BGT24MTR12 (單發(fā)射雙接收通道)和BGTMR2 (雙接收器)。由一個(gè)接收器發(fā)展到兩個(gè)或更多個(gè)接收通道，這可使系統在更廣的角度內更精確地進(jìn)行目標感測。電壓為3.3V的BGT24MTR11在500mW功耗下感測距離達到160米。其在近場(chǎng)傳感應用中的感測精度達到毫米級別。
24GHz單片雷達方案推動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)應用率先普及
“將發(fā)射通道和接收通道集成在一顆芯片上，節省了寶貴的電路板空間，較之于分立器件方案，其占板面積節省了30%左右。并且令設計簡(jiǎn)單的如同不需要24GHz RF匹配/RF傳輸線(xiàn)一樣。工業(yè)標準VQFN封裝可以在標準SMD生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行貼裝。以上的這些特性都使得它成為汽車(chē)防撞雷達的不二之選。” 宋斌指出。
英飛凌雷達芯片采用基于鍺硅（SiGe）的制造工藝。鍺硅工藝研發(fā)項目得到了德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）的支持。該工藝經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，尤其適用于汽車(chē)應用。與目前使用的砷化鎵（GaAs）組件不同，SiGe工藝可制造出更加小巧且經(jīng)濟實(shí)惠的雷達傳感器。
“汽車(chē)毫米波雷達是汽車(chē)主動(dòng)安全產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，目前國際上幾乎所有的汽車(chē)均開(kāi)始配備汽車(chē)毫米波雷達，其中包括汽車(chē)防撞雷達、汽車(chē)盲區檢測雷達等。目前，國產(chǎn)還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出可商業(yè)化的汽車(chē)毫米波雷達產(chǎn)品，而國外同類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，如凱美瑞的汽車(chē)防撞雷達就高達1.9萬(wàn)人民幣/個(gè)。所以市場(chǎng)急需此類(lèi)產(chǎn)品。”宋斌指出。
國內估計最先使用起來(lái)的是24GHz微波雷達，用來(lái)做短距離探測。宋斌進(jìn)一步指出：“現在我們價(jià)格已經(jīng)做到很便宜，批量化后價(jià)格會(huì )更加便宜，加上24GHz周邊的元器件設計更加簡(jiǎn)單，我們已經(jīng)有汽車(chē)行業(yè)客戶(hù)商業(yè)化了。至于77GHz，價(jià)格太貴，后端開(kāi)發(fā)技術(shù)難度大，相關(guān)儀器都很難搞到，要想大量普及短時(shí)間還是很難的。還有關(guān)鍵一點(diǎn)：國家工信部已經(jīng)出臺政策‘24GHz頻段短距離車(chē)載雷達設備使用頻率規劃’。”
圖2. 工業(yè)和信息化部關(guān)于發(fā)布24GHz頻段短距離車(chē)載雷達設備使用頻率的通知
雷達技術(shù)是設計創(chuàng )新的ADAS系統、避免交通事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。英飛凌的雷達芯片無(wú)論在何種天氣條件下（包括霧天、雨天和雪天），都能讓汽車(chē)看清前方道路。正是有了這款芯片，未來(lái)，中遠距離雷達系統將成為中級車(chē)標配設備。
此外，BGT24Mxx系列的潛在應用范圍還包括儲罐(固體和液體)的液位/料位監測、照明控制、安防系統和智能門(mén)控系統應用以及工業(yè)車(chē)輛的防撞監測等。
Rogers高性能微波板材——24G雷達的最佳配套選擇
大功率、復雜的射頻、微波系統同樣給高頻線(xiàn)路板材帶來(lái)了挑戰。好馬還需配好鞍，羅杰斯（Rogers）高性能微波板材是英飛凌24G雷達方案的最佳選擇。
世強微波產(chǎn)品經(jīng)理陽(yáng)忠提醒工程師們：“高性能的射頻、微波系統對相關(guān)的功率器件以及無(wú)源器件具有近乎苛刻的要求，因此目前能進(jìn)入該領(lǐng)域的半導體和無(wú)源器件提供商屈指可數。另外，在相關(guān)材料上也具有極高的要求，系統電路板材以及相關(guān)物料的特性同樣十分關(guān)鍵。為了能夠勝任應用的操作環(huán)境，在選材時(shí)需要依據電氣、機械和熱性能挑選合適的材料。”
Rogers 的RO4000系列是目前市場(chǎng)上性?xún)r(jià)比最優(yōu)的射頻/微波板材，RO4350(R) 提供最高性?xún)r(jià)比；RO4350 LOPRO(R) 提供更低的導體損耗；RO4835(R) 提供高溫抗氧化板材。
RO4000系列的DK、DS特性在24G頻段非常穩定，并且采用碳氫樹(shù)脂及陶瓷填料層壓板和半固化片可以提供出色的高頻性能以及低廉的線(xiàn)路加工成本。是一款可以用標準的環(huán)氧樹(shù)脂/玻璃布（FR-4）加工工藝進(jìn)行加工的低損耗材料。以下優(yōu)點(diǎn)都使其成為了24GHz雷達的最佳拍檔：
性?xún)r(jià)比最優(yōu)的射頻/微波板材
類(lèi)似于FR4的加工流程，加工成本更加低廉，
3倍于PTFE材料的導熱系數
低的Z軸熱膨脹率，可以更好的保證通孔可靠性，更適合與多層板的壓合
介電常數2.55-6.15
RO4000材料還擁有微波射頻電路、匹配網(wǎng)絡(luò )以及特定阻抗傳輸線(xiàn)的設計者所需要的特性。而且有符合UL 94V-0防火等級的版本。“RO4350和RO4835最適于應用于汽車(chē)中。其中RO4835還采用了高溫抗氧化板材，即使汽車(chē)在高溫環(huán)境下工作，板子也不會(huì )氧化。” 陽(yáng)忠強調。
本文小結
如前所述，英飛凌24GHz單芯片雷達解決方案具備如下三大優(yōu)勢：
1、高度集成：一顆芯片上集成了發(fā)射和接收功能，比分立器件節省占比30%占比空間；
2、電路設計簡(jiǎn)單，電路板上不需要24GHz RF匹配/RF傳輸線(xiàn)；
3、工業(yè)標準QFN式封裝可以在標準SMD生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行貼裝。
移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
