一种用于汽车的数字毫米波雷达集成电路

文章作者:史蒂夫·塔拉诺维奇

该公司被称为Uhnder通过他们的第一块芯片和在ISSCC 2019上发表的一篇论文从“隐形模式”中脱颖而出，192虚拟接收机77/79GHz GMSK码域MIMO雷达片上系统．公司创始人之一Manju对冲基金告诉我他们计划在2019年晚些时候发射。

麦格纳，一家可追溯到1957年的大型汽车供应商，很早就成为了他们的第一个客户。麦格纳将使用Uhnder数字雷达芯片（RoC）部署下一代汽车级大众市场传感器，从而实现更好的自动化和自主驾驶。看到这个了吗视频麦格纳图标雷达用于高分辨率汽车雷达。

他们的产品是第一个数字汽车雷达(军队更早有数字雷达)。弗雷德·哈里斯几年前曾致力于隐形轰炸机的军用数字雷达架构。他是布莱克曼-哈里斯过滤器的共同发明人，作为扩展Uhnder团队的一部分，他正在提供他的专业知识。他们的团队采用了军用数字雷达架构，并开始开发他们的汽车/商用ICFMCW．

雷达SoC
对我来说，今天用CMOS集成电路工艺技术所能做的事情简直是不可思议。看看他们的IC框图图1．

Uhnder的雷达芯片使用相位调制连续波形(PMCW)^3、4．这种架构的特点是79 GHz频段的汽车雷达(MRR)和短程雷达(SRR)，以及76至77 GHz的远程雷达(LRR)，也用于调频连续波(FMCW)雷达目前正在使用的汽车。79 GHz SRR可以有非常宽的带宽高达4 GHz。Uhnder使用CMOS工艺创建他们的PMCW架构。

随着快速、低功耗、高速ADC 60 GHz的CMOS工艺开发的通信、PMCW成为一种优势,因为宽的带宽,CMOS ADC,加上有更少的知识产权和专利阻止访问PMCW现在的市场。IEEE雷达会议的一篇论文(参考文献4)得出结论，在对79 GHz汽车雷达的双相PMCW和FMCW进行比较时，PMCW在性能和实现上都有优势。

PMCW的一个方面是没有距离多普勒模糊与体系结构。PMCW雷达的距离响应是thumbtack-like，这意味着既可以达到高的距离分辨率，也可以达到多普勒分辨率。PMCW的波形生成非常简单:双相位调制的实现非常简单。

Uhnder开始设计码域MIMO的无干扰码，如用于通信的码分多址(CDMA)。这是一种鲁棒的检测方法，具有更高的角度分辨率，能够在一定距离上区分两个距离很近的物体。他们使用CDMA码调制76 - 81 GHz的载波。使用这种数字编码调制(DCM)技术，它们比FMCW有几个优点。一个优势是，对于芯片的模拟部分，在相同数量的信道下，Uhnder实现了比大多数竞争对手小8到10倍的面积。另一个优势是，由于它们是相干的，并使用码域分集，有12个发射和16个接收信道，它们能够获得192个虚拟接收器(VRX)，加上它们能够对两套天线进行时间复用，以实现方位和俯仰轮廓的覆盖。

他们的设计还能够检测来自多个其他雷达系统的干扰。CDMA格式允许多个发射器/接收器互不干扰。这是必要的，特别是因为进入2022年到2024年的时间框架，将会有很多很多的汽车配备雷达。PMCW雷达的另一个关键优势是它使用了二进制序列，通过编码/波形设计允许TX正交。这一优势在参考文献4的文章中得到了证明，文中使用了4×4 PMCW MIMO雷达，该雷达可以探测两个目标，雷达截面(RCS)分别为5和20dBsm，在相同的距离(相同的距离仓)，但在不同的角度，以高角度分辨率。

最后，他们决定采用完整的CMOS架构，低功耗是CMOS的明显优势。片内高速ADC相当复杂，因此CMOS是保持IC低功耗的最佳选择。该架构还使用了多个发射器/接收器，这也得益于CMOS的使用。单片芯片上的高带宽连接给了集成电路设计人员在定位内存放置的位置、高带宽需要多少以及其他需求方面的灵活性。

至于系统级，这是市场上分辨率最高的雷达。这是一个真正的四维雷达系统，具有四维x,y,z(或极坐标)加上速度。此外，由于使用了调制，它们可以分辨出大目标和近距离的小目标;Uhnder声称他们的角度分辨率比其他任何人都要好。

两种雷达模式
这种雷达有两种工作模式:MIMO模式，它们向所有发射器发送不同的代码，同时在所有接收器上接收这些代码。由于PMCW使用二进制符号，在MIMO雷达中有一个优势，即如果它们同时传输信号，就需要在不同的TX天线上使用接近完美的正交波形，这对于像在驾驶场景中这样的物体的快速照明是必需的。二进制无干扰码使正交性成为可能⁴. 他们还可以在相控阵模式下操作芯片，对发射机进行数字相位调整，以便在发射机之间发送相同的代码，用于相控阵和波束控制。

芯片上有大量的可编程性，因为它们以模拟的简单性换取了更多的处理能力，从而提高了灵活性。该公司声称这是第一个软件定义的雷达。有许多功能可以配置在软件和一些非常强大的芯片上的dsp，如果客户想要使他们的产品与众不同，他们可以编程。这种灵活性从模拟开始，一直到软件。

我迫不及待地想在不久的将来看到这种雷达在测试城市中发挥作用。这种架构，再加上V2X(详见下文相关文章)，将使自动驾驶更加安全可靠。

史蒂夫Taranovich高级技术编辑在经济日报在电子行业有45年的经验。