特斯拉或將採用 4D 毫米波雷達

 去年特斯拉向 FCC 遞交了毫米波雷達的相關材料.該毫米波雷達採用由 6 發射通道, 8 接收通道組成的射頻晶片組, 工作頻率為 76-77GHz, 掃描幀率為 15Hz. 在特斯拉軟件更新中發現了名為 Phoenix 的毫米波雷達選項, 推測其為 Arbe 的 4D 毫米波雷達. 

4D 代表了距離, 速度, 方向角以及高度四個維度信息. 可以用點雲的方式描繪物體的輪廓及形態, 稱為 4D 成像雷達. 傳統毫米波雷達一般有 12 路通道, 生成的點雲有限, 而 4D 成像雷達將多個微波晶片級聯, 可多達 192路通道, 是傳統毫米波雷達的 16倍.

4D 雷達可以看成是傳統毫米波雷達的進化結果. 在探測範圍上, 傳統毫米波雷達僅可探測距離, 方位以及速度三個維度, 4D毫米波雷達在原有的基礎上增加了對目標的高度維數據解析, 能夠實現距 "3D+速度" 四個維度的信息感知, 可以有效地解析目標的輪廓, 類別, 行為.

特斯拉視覺方案高度依賴於現有的目標模型庫, 且容易受到強光等極端環境影響, 對白色物體的識別能力也比較弱. 因此, 若視覺方案未能及時發現前方障礙物, 且毫米波雷達的感知結果被系統過濾, 容易引發交通事故.

車用晶片廠, Tier 1廠, 雷達新創業者等, 相繼投入車用 4D 成像雷達開發. 晶片大廠如英飛凌 (Infineon), 恩智浦 (NXP) 等, 主導全球車用雷達晶片市場, 並分成射頻前端 (RF frond-end) 與處理器 (DSP或MCU) 兩大類, 近年亦有廠商開發雷達 SoC (系統單晶片).

根據 Vehicle 數據, 現階段集成晶片方案的 4D 毫米波雷達單價約為 300-400 美元, 級聯方案則為 150-200 美元. 採用集成晶片方案的廠商需要解決天線密集布置, 天線之間互相干擾等問題, 對技術應用的要求更高. 目前 Arbe, Uhnder, Vayaar 為該技術路線的代表性企業.

當前 4D毫米波雷達的創新基本就集中在如何擁有更多的感知通訊通道, 如何處理好這些信號得出想要的信息. 將標準雷達晶片 (恩智浦, 德儀等) 進行多晶片級聯, 以增加天線數量, 通過軟件處理創新來達到 4D的效果, 

毫米波雷達核心元器件主要是 MMIC, 毫米波雷達專用處理器, PCB, MMIC 晶片集成了鋸齒波發生器, 合成器, 功率放大器 PA, 低噪聲放大器 LNA, 濾波器, 轉換器 ADC 等器件; 主要作用是產生並放大, 接收毫米波信號, 最後將毫米波信號轉化為數位信號.

MMIC 晶片工藝改進 (GaAs-SiGe-CMOS) 推動車載毫米波雷達系統成本持續下行至初代工藝對應成本的 30%. 77GHz 毫米波雷達必然將完全取代 24GHz 毫米波雷達, 一方面是因為 77GHz 毫米波雷達的波長比 24GHz 更小, 可用帶寬比 24GHz 更大, 可以實現更好的性能.

4D 成像雷達分為兩條路線. 路線一: 多晶片級聯, 將多顆 MMIC 級聯形成大規模虛擬陣列, 這是目前最主流的路線, 代表有大陸, 博世等. 路線二: 單晶片超大規模虛擬陣列, 在單顆 ASIC 上實現超大規模虛擬陣列, 代表有 Arbe, Mobileye.

現在毫米波雷達天線與晶片的集成主要有兩種方式: 1) AoB (板載天線): 將天線貼在高頻 PCB 板上. 2) AiP (封裝天線): 將天線, MMIC, 雷達專用處理晶片集成封裝到一起. 高性能, 小型化易安裝, 低成本等是 AiP 晶片的核心競爭優勢.