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半导体

ADAS推高毫米波雷达需求 上游企业如何跟进

随着大众对汽车驾驶安全性、舒适性要求的不断提升,我们正进入一个新兴的“汽车雷达时代”,伴随着很多创新发展、颠覆性技术和新晋厂商。毫米波雷达(Millimeter Wave,MMW)是未来车载主力传感器之一,将和摄像头(Camera)、激光雷达(LiDAR)、超声波传感器一起为高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶汽车“保驾护航”。

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图1毫米波雷达、激光雷达、摄像头等传感器在自动驾驶车辆上的“职能”

毫米波雷达是使用工作频段为30~300GHz、毫米波波长为1~10mm的雷达。毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。与激光雷达相比,目前毫米波雷达技术更加成熟、应用更加广泛、成本更加低廉;与可见光摄像头相比,毫米波雷达的准确性和稳定性更好,价格差距也在不断缩小。尤其是毫米波雷达具有全天候全天时工作特点,无惧雨雪、雾霾、黑夜等恶劣天气,已成为汽车高级辅助驾驶系统(ADAS)可靠性保障不可或缺的传感器。

常见的车载毫米波雷达按工作频率主要有24GHz和77GHz,根据其探测距离范围又可分为:短程毫米波雷达SRR(60米以下)、中程毫米波雷达MRR(100米左右)、长程毫米波雷达LRR(200米以上)。

想要完全实现ADAS各项功能,全方位覆盖汽车周围环境的感测,兼顾性能和成本,会在一辆汽车的前中后安装多颗毫米波雷达,比如满足基本的L3级自动驾驶至少需要5颗毫米波雷达(1长+4短),随着自动驾驶等级的增加,毫米波的数量也是不断增加,到了L5级高级自动驾驶阶段毫米波雷达将增加到10颗以上。“短程+中程+长程”毫米波雷达三者结合一起共同完成自适应巡航(ACC)、自动紧急制动(AEB)、前方/后方碰撞预警(FCW/BCW)、变道辅助(LCA)、盲点检测(BSD)、倒车辅助(BPA)、泊车辅助(PA)等多种ADAS功能。

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图2自动驾驶发展对毫米波雷达的需求

毫米波雷达的技术总的趋势是朝着成本更低、体积更小、功耗更低、集成度更高的方向发展。在雷达芯片技术方面,高集成化的单片微波集成电路(MMIC)成为了主流,在工艺上先是SiGe替代了GaAs,当前正慢慢朝CMOS方向发展。利用CMOS工艺,不仅可将MMIC做得更小,甚至可以与微控制单元(MCU)和数字信号处理(DSP)集成在一起,实现更高的集成度,不仅能显著地降低系统尺寸、功耗和成本,还能嵌入更多的功能。

频段上,因为77GHz比24GHz雷达拥有更好的探测范围和更大的可用带宽,从而在距离分辨率和精度上有大幅提升,另外更小的波长也具有更小的体积和更强的抗干扰能力,正逐渐替代24GHz成为未来的主流。

另一方面,随着毫米波雷达天线设计、调制技术和目标分辨率算法等方面不断创新,比如合成孔径雷达(SAR)、多输入多输出(MIMO)技术的突破,毫米波雷达在3D成像性能上正不断接近现有的激光雷达性能,这些新型雷达甚至有取代部分激光雷达的趋势。

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图3毫米波雷达技术发展趋势

据麦姆斯咨询报道,由于主要发达国家在新车评价规程(NCAP)中对汽车ADAS功能提出了更高的要求,促使ADAS的普及率迅速提升,从而推动毫米波雷达的需求增长。2016年全球毫米波雷达的出货量较上年同期增长27.5%,达到3150万个。预计2021年,全球毫米波雷达的出货量将达到8400万个,2016~2021年之间的复合年增长率为21.7%。预计2021年全球毫米波雷达市场规模将达到60亿美元。

目前中国的汽车产量和销量均已位居全球第一,2016年中国汽车预装毫米波雷达的数量达到105万个,其中24GHz雷达占比63.8%,77GHz雷达占比36.2%。24GHz雷达现在主要应用于盲点探测(BSD),市场需求来自中国品牌汽车型号;77GHz雷达主要用于自适应巡航控制系统(ACC),有些公司也将其用于前向碰撞预警(FCW)和自动紧急制动(AEB)。根据中国新车评价规程(C-NCAP),自动紧急制动系统(AEBS)将在2018年纳入评分体系,因此77GHz雷达需求将会上升。另外,展望未来,体积更小、探测距离更长的77GHz雷达将会挤压24GHz雷达的市场空间。

美国、欧洲和日本在车载雷达技术研究方面处于领先地位。现在越来越多的公司和供应商投入到汽车雷达系统研制、器件开发和算法研究当中。从毫米波雷达的产业布局来看,无论是系统还是核心元器件目前都被海外的巨头控制着,系统级厂商主要被大陆(Continental)、博世(Bosch)、海拉(Hella)、德尔福(Delphi)、奥托立夫(Autoliv)等老牌汽车零部件厂商控制,核心元器件主要被英飞凌(Infineon)、德州仪器(TI)、意法半导体(ST)、亚德诺半导体(ADI)等垄断。

相比国外企业,车载毫米波雷达在国内仍属于起步阶段。不过,近些年国内毫米波雷达创新创业厂商逐渐增长,表现不错主要有行易道科技、华域汽车、隼眼科技、智波科技、森思泰克、豪米波技术、意行半导体、清能华波、矽杰微电子、加特兰微电子等。

目前,国内在24GHz雷达方面,相对开发难度低和产业链成熟,发展较快,国内部分企业已有研发成果并实现量产;但在77GHz毫米波雷达方面仍属于初级阶段,只有极少数企业能做到77GHz雷达的样机阶段,目前行易道、森思泰克等企业正逐步实现77GHz毫米波雷达的量产,取得不错的进展。不过核心芯片还是主要依靠国外厂商,可喜的是,国内24GHz/77GHz MMIC关键技术也在不断获得突破,其中由意行半导体自主研发的24GHz SiGe雷达射频前端MMIC套片,率先实现了国内该领域零的突破,打破国外垄断,现已实现量产和供货。去年,加特兰微电子发布了其国内首款77GHz CMOS车载毫米波雷达收发芯片。

总之,无论是现阶段的ADAS,还是更高阶的自动驾驶,甚至是终极的无人驾驶,毫米波雷达都会是汽车最核心的传感器之一。虽然国产毫米波雷达突破了部分核心技术,但毕竟刚刚起步,我国毫米波雷达产业国产化任重而道远,不仅需要芯片、模块、系统级厂商自身的努力,更需要全产业链上下游的互动和支持,以及社会资本和政府的大力扶持。希望随着毫米波雷达产业链生态的不断完善,国产毫米波雷达芯片技术将逐步渗入车载应用并实现产业化,相信打破国外企业垄断的局面指日可待。

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图4全球毫米波雷达产业链全景图

责任编辑:诸玲珍


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