從“各自為戰(zhàn)”到“融合創(chuàng)新”，雷達(dá)單芯片助力ADAS架構(gòu)構(gòu)建

從智能駕駛到自動(dòng)駕駛，汽車?yán)走_(dá)必不可少。而隨著雷達(dá)技術(shù)、雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)和軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)的演進(jìn)和整合，新的變革正在發(fā)生。

傳統(tǒng)架構(gòu)中，雷達(dá)和ADAS域控制器、整車電子電氣架構(gòu)的結(jié)合并不緊密?？梢哉f，傳統(tǒng)上的雷達(dá)其實(shí)是各自為戰(zhàn)，它在架構(gòu)中是獨(dú)立和自治的傳感器實(shí)體。而隨著汽車新的電子電氣架構(gòu)的誕生和廣泛采用，如何能夠讓雷達(dá)傳感器更好地融入或嵌入其中，使得整車電子電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)更趨于合理，從而能夠更合理地分配算力、后期更方便地進(jìn)行軟件定義和升級(jí)，成為了創(chuàng)新的關(guān)鍵。

在前不久的CES上，恩智浦半導(dǎo)體（NXP）發(fā)布了28nm RFCMOS雷達(dá)單芯片系列，全新的SAF86xx單芯片集成了高性能雷達(dá)收發(fā)器、多核雷達(dá)處理器和MACsec硬件引擎，可通過汽車以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的安全數(shù)據(jù)通信。配合恩智浦的S32高性能處理器、車載網(wǎng)絡(luò)連接和電源管理，這一完整的系統(tǒng)解決方案為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的軟件定義雷達(dá)鋪平了道路。

在恩智浦看來，具有軟件定義功能的雷達(dá)傳感器連接成龐大網(wǎng)絡(luò)，并在分布式架構(gòu)中使用專用的S32R雷達(dá)處理器，可以增強(qiáng)基于雷達(dá)的感知能力，為自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展提供支持。包括360度傳感、更強(qiáng)大的人工智能算法和安全的OTA軟件更新。

軟件定義汽車趨勢下，雷達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)成為趨勢

恩智浦大中華區(qū)汽車電子事業(yè)部ADAS產(chǎn)品市場經(jīng)理?xiàng)畈榻B，“在軟件定義汽車架構(gòu)趨勢下，恩智浦必須去思考如何應(yīng)對(duì)SDV架構(gòu)下毫米波雷達(dá)的發(fā)展。我們提出了一個(gè)全新的概念叫分布式雷達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)，也就是將原有的邊緣計(jì)算升級(jí)為分布式串流計(jì)算?！?/p>

從上圖的長距雷達(dá)和角雷達(dá)發(fā)展演進(jìn)，可以看到恩智浦是將原有的邊緣計(jì)算升級(jí)為分布式串流計(jì)算。其中，傳感器部分包括了一顆SAF86xx芯片，它有4根發(fā)射鏈路和4根接收鏈路，保留了簡單的MPU，但它并不做完整的信號(hào)處理，只做簡單的FFT處理，并將FFT數(shù)據(jù)通過芯片本身的千兆以太網(wǎng)傳輸?shù)絊32R的MPU上做后續(xù)處理。通常，一輛車可能需要約2顆長距雷達(dá)和4顆角雷達(dá)，一共是6根千兆以太網(wǎng)線連接到S32R MPU上做集中式處理。楊昌解釋說，這樣帶來的好處是軟件可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，相比傳統(tǒng)的邊緣計(jì)算方式，更方便進(jìn)行軟件升級(jí)和算法升級(jí)。

恩智浦大中華區(qū)汽車電子事業(yè)部市場總監(jiān)翟驍曙表示，“從傳統(tǒng)邊緣計(jì)算雷達(dá)模塊的自治實(shí)體向前演進(jìn)，發(fā)展成未來的分布式串流傳感器的新架構(gòu)，雷達(dá)的前端感知跟后端處理其實(shí)可以做物理上的解構(gòu)。前端的雷達(dá)傳感器會(huì)變得更加簡單，射頻性能進(jìn)一步提升，但后端數(shù)據(jù)處理的部分會(huì)更加趨向于集中在中間的ADAS域控制器，或是一個(gè)獨(dú)立的雷達(dá)域控制器?！?/p>

這樣帶來的好處是，一方面，從整車電子電氣架構(gòu)的角度來講，算力分布會(huì)更加合理，同時(shí)也提供了更高的靈活性。因?yàn)殡S著不同雷達(dá)技術(shù)的迭代，算力分配可以在OTA時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，為硬件平臺(tái)的壽命延續(xù)做到了盡可能的擴(kuò)充。另一方面，更多底層的雷達(dá)傳感數(shù)據(jù)被集中到中央的雷達(dá)域控制器，或是ADAS域控制器上做統(tǒng)一的融合處理，所實(shí)現(xiàn)的功能會(huì)比原先更加強(qiáng)大。

而要實(shí)現(xiàn)上述雷達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)，就需要新一代雷達(dá)芯片的支持。翟驍曙介紹說，包括最新發(fā)布的SAF86xx系列，以及新一代S32R41、R45以及將來更新的雷達(dá)MPU，共同去實(shí)現(xiàn)物理上的支撐，實(shí)現(xiàn)新的分布式串流雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)。

恩智浦?jǐn)U展第三代RFCMOS雷達(dá)平臺(tái)

恩智浦在2022年11月份推出了第二代RFCMOS雷達(dá)芯片組解決方案，涉及芯片是TEF82xx系列，這顆芯片可以實(shí)現(xiàn)300米測距、小于1度的角度分辨率，主要用于雙級(jí)聯(lián)和四級(jí)聯(lián)，配合的是恩智浦2021年發(fā)布的S32R29 MCU，這是業(yè)界首款16nm MCU。據(jù)介紹，這套芯片組方案已在市面上有零部件廠商在大規(guī)模使用。

最新推出的第三代RFCMOS雷達(dá)，相較于前一代有兩倍的射頻鏈路性能提升。具體而言，SAF86xx單芯片采用與去年發(fā)布的SAF85xx相同的通用架構(gòu)，與上一代40nm或45nm產(chǎn)品相比，其28nm RFCMOS性能在雷達(dá)傳感器能力上顯著提升。這款高度集成的雷達(dá)SoC預(yù)計(jì)能以最高1Gbit/s的速度串流傳輸大量低層級(jí)雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)，有助于汽車廠商優(yōu)化軟件定義汽車的下一代ADAS分區(qū)，同時(shí)支持向新架構(gòu)的平穩(wěn)過渡。此外，OEM還能在汽車的生命周期內(nèi)通過OTA輕松添加新的軟件定義雷達(dá)功能。

利用這款新產(chǎn)品，Tier 1供應(yīng)商能構(gòu)建更緊湊、高能效的雷達(dá)傳感器。其檢測范圍延伸到300m以外，可對(duì)路緣石等小物體以及騎行者和行人等弱勢道路使用者實(shí)現(xiàn)更可靠的檢測，為駕駛員和其他道路使用者帶來更為全面高效的安全保障。

新一代雷達(dá)單芯片還支持NCAP安全功能，包括緊急制動(dòng)和盲點(diǎn)檢測。它還支持先進(jìn)的ADAS和自動(dòng)駕駛應(yīng)用，包括SAE 2+和3級(jí)的高級(jí)舒適性功能，例如交通擁堵輔助、高速巡航和停車輔助、前方和后方橫穿交通警告以及橫向和后部防撞。

第三代RFCMOS雷達(dá)中還加入了7比特相位旋轉(zhuǎn)器和封裝發(fā)射器(LiP)。據(jù)楊昌介紹，在汽車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)中，移相器配合RF發(fā)射鏈路，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的MIMO波形設(shè)計(jì)，讓毫米波雷達(dá)兼顧遠(yuǎn)距離和高分辨率，但這也對(duì)后端算力提出了更高的要求?；赟32R4x的雷達(dá)處理IP被集成到SAF85xx中，實(shí)現(xiàn)了無縫擴(kuò)展。這其中包含了雷達(dá)加速器SPT3.x，可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)FFT、VMT、峰值檢測，以及數(shù)據(jù)壓縮等常用功能的硬件加速；同時(shí)，其整體架構(gòu)與恩智浦4D雷達(dá)S32R41、R45保持兼容，確保了較高的軟件可復(fù)用率。

LiP封裝是支持3D天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。該封裝發(fā)射器通過一個(gè)較低成本的FR4 PCB板材直接引入一個(gè)3D波導(dǎo)天線，實(shí)現(xiàn)了3D的發(fā)射陣列和接收陣列。數(shù)據(jù)顯示，相比傳統(tǒng)平面型貼片天線，3D波導(dǎo)天線有9dB RF性能的提升，可以在降低尺寸的同時(shí)大幅提升雷達(dá)對(duì)物體的感知能力。

恩智浦半導(dǎo)體資深副總裁兼ADAS總經(jīng)理Steffen Spannagel表示：“借助恩智浦全新SAF86xx雷達(dá)單芯片系列，OEM可以輕松快速地將其當(dāng)前的雷達(dá)平臺(tái)遷移到新的軟件定義汽車架構(gòu)。具有軟件定義功能的雷達(dá)傳感器連接成龐大網(wǎng)絡(luò)，并在分布式架構(gòu)中使用專用的S32R雷達(dá)處理器，可以增強(qiáng)基于雷達(dá)的感知能力，為自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展提供支持。包括360度傳感、更強(qiáng)大的人工智能算法和安全的OTA軟件更新?！?/p>

軟件定義雷達(dá)新趨勢：互聯(lián)、靈活、可升級(jí)

軟件定義趨勢下，汽車?yán)走_(dá)的功能將越來越豐富，主要表現(xiàn)在：360°傳感器融合、協(xié)同傳感、AI處理以及托管軟件特性等。

以恩智浦汽車?yán)走_(dá)平臺(tái)為例，翟驍曙介紹，首先通過多顆SAF86xx+S32R系列MPU的組合，形成整車的360°傳感器融合。傳統(tǒng)上，雷達(dá)傳感器在邊緣側(cè)已經(jīng)做了大量的雷達(dá)處理，向中央處理單元傳輸?shù)男盘?hào)其實(shí)是非常抽象的，這樣做的好處是網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小，但壞處是很多細(xì)節(jié)信息已經(jīng)在前端被處理、過濾了。因此在中央處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融合時(shí)，缺少相對(duì)比較底層的信息去形成更加完整的、對(duì)于全局的理解。而新架構(gòu)使得更多底層信息被同步到了中央雷達(dá)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，可以做多路雷達(dá)數(shù)據(jù)的融合，從而形成整車周邊的點(diǎn)云信息。

第二，分布式孔徑雷達(dá)通過多個(gè)分散在車輛不同位置的雷達(dá)傳感器，再通過軟件的同步與協(xié)調(diào)，可以把多個(gè)雷達(dá)傳感器等效成更大孔徑的天線。有了這樣的效果以后，就可以進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)車輛雷達(dá)系統(tǒng)整體分辨率更高、探測距離更遠(yuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更好的雷達(dá)探測效果。

第三，隨著新的人工智能算法加入到雷達(dá)后端處理，可以實(shí)現(xiàn)更加智能化的功能、更加強(qiáng)大的目標(biāo)識(shí)別、跟蹤能力。也就是說，在傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，疊加人工智能能力，同樣基礎(chǔ)的雷達(dá)信號(hào)輸入可以做出更加智能化、更加精確的判斷。但這樣的功能通常是不太可能在邊緣側(cè)完成的，必須要把底層的雷達(dá)信號(hào)全都集中到中央強(qiáng)大的雷達(dá)控制器上才能實(shí)現(xiàn)，而這離不開全新雷達(dá)平臺(tái)的加持。