汽车雷达军备竞赛，BiCMOS/CMOS二分天下

来源：内容来自「新电子」，谢谢。

自动驾驶辅助系统(ADAS)已逐渐普及于各式车款之中，而雷达是打造ADAS功能最重要的基石，商机也不断成长，因此，雷达芯片供应商皆致力提升雷达效能，而雷达制程也出现BiCMOS和CMOS两大派别。

ADAS需求持续增加，诸如主动式车距调节巡航系统(ACC)、自动煞车系统(AEB)等功能相继在一般房车上出现；毫米波雷达的使用量也因此而大涨，成为兵家必争之地。为此，汽车雷达供应商也纷纷推出新一代的解决方案，而互补式金属氧化物半导体(CMOS)制程也趁势而起，与BiCMOS制程二分天下。

汽车雷达需求持续攀升，驱使各大芯片商纷纷投入此一市场发展，像是IDT近期宣布与Steradian Semiconductor携手，为自动驾驶市场，以及新兴的工业、安全与医疗应用提供超高解析度的4D毫米波影像雷达(4D mmWave imaging RADAR)，此一4D毫米波雷达可以测量物体的距离、高度、深度和速度。

据悉，与Steradian Semiconductor合作研发的SenseVerse SVR4410 IC，为多通道高解析度MIMO雷达设备，其工作频段为76~81GHz，具有更高的抗干扰性能与更高的通道数量。另外，凭借整合波束成形和支援多设备聚合(Multi-device Aggregation)，该产品拥有更小的外型、更佳的角度解析度/范围，以及更低的功耗。

恩智浦(NXP)近期则于「2018恩智浦未来科技峰会」正式推出新一代车用雷达解决方案，在新的参考平台上将S32R处理器、射频收发器及天线设计组合在一起，扩展恩智浦的雷达生态系统。

新型RDK-S32R274雷达解决方案由恩智浦与Colorado Engineering合作建构，此一开发平台导入模组化架构，采用S32R27处理器、TEF810x CMOS收发器及FS8510电源管理IC，旨在提供简化雷达实施的硬体、软体及工具，降低雷达应用开发的门槛，加快客户雷达应用的上市。

恩智浦半导体汽车微控制器暨处理器事业部亚太市场总监易生海表示，该公司为客户提供了具扩展性的产品系列，包括之前推出的S32R27及S32R37。这些元件整合高效的雷达处理器，与传统数位讯号处理器(DSP)相较，效能与功耗都明显提高；可针对于安全关键型应用，如防撞、车道变换辅助及自动紧急刹车系统，实现更长的监测距离及更高的解析度与精确度。

易生海进一步指出，恩智浦的全套雷达收发器构成了基于BiCMOS和RFCMOS制程技术的雷达产品组合，利用完整的系统解决方案来满足汽车制造商需求。

除了新推出的雷达解决方案之外，今年年初于CES展会上，该公司也展示了77GHz雷达产品组合的新品--MR3003雷达收发器，专为前向雷达和角雷达开发设计，以满足需要高解析度和长测距功能的自动驾驶应用；而该公司在产品研发上也十分重视与生态链伙伴的合作，像是近期宣布与吉利汽车合作，共同定义下一代毫米波雷达(图1)。

图1 恩智浦宣布与宣布与吉利汽车展开合作，共同探索下一代毫米波雷达感测器及多雷达系统的前瞻性合作定义。

另一方面，ADI则是以Drive360雷达技术平台抢攻雷达市场。此一平台采用CMOS制程技术，可支援多种高级讯号处理整合选项，甚至可以允许客制化IP整合，使设计人员能够将其系统设计差异化；并且配有高整合型的电源管理辅助芯片(Companion Chip) 。

ADI大中华区汽车电子市场经理崔正昊说明，该平台融合了公司旗下的毫米波雷达、光达和IMU等产品组合，能侦测形状更小、移动速度更快、距离更远的物体(如摩托车、行人、动物等)，在自动驾驶汽车周围打造了一道360度的保护屏障，全方位保护汽车和乘客安全。

同时，该平台还适用于多种应用，包括高阶的远距离自动驾驶和ADAS、中到短距的自动紧急刹车、盲点侦测、倒车两侧来车警示系统和近距离自动停车。

此外，除了发表新一代的雷达产品外，为提升市场竞争优势，ADI也于今年3月宣布收购Symeo，将雷达产品扩展到覆盖24GHz、77GHz的完整频段，既支援自动停车等超短程应用，也支援自我调整巡航控制等长距离应用，能够灵活地根据客户需求提供完整的雷达系统解决方案。

上述提到，为抢攻雷达市场，各大芯片厂商皆纷纷推出新一代解决方案，而随着各芯片厂市场目标、策略不同，毫米波雷达制程也开始进入BiCMOS与CMOS二分天下的时期。

意法半导体(ST)亚太区汽车产品事业体行销经理陈锡成表示，BiCMOS是属于类比的制程，而此种制程的优势在于，可确保打造出来的射频(RF)元件具备高精确度、低功耗、高抗噪能力、高效能；至于CMOS，则较偏向数位制程。采用CMOS制程好处在于，可有效减少电路板空间，进一步缩小元件尺寸，因而能够整合数位讯号处理器(DSP)、微控制器(MCU)等。

陈锡成表示，基本上BiCMOS和CMOS制程并没有孰优孰劣的问题，每家业者都是以其市场策略、客户需求选择合适的制程。以ST为例，该公司认为雷达是对于「功耗」和「效能」十分敏感的产品，如何更进一步的提升雷达精确度、抗噪能力，以及降低功耗，是最主要的发展目标，而ST认为采用BiCMOS制程，较符合此一产品设计方向。

因此，该公司旗下的77GHz和24GHz雷达产品目前皆采用BiCMOS制程，以满足各种应用。陈锡成进一步说明，77GHz雷达主要用于极端气候之下，以侦测远距离的物体，常见的应用有ACC、AEB等；而24GHz的应用多是盲区警示、停车辅助(PA)、防撞等。

德州仪器(TI)半导体行销与应用嵌入式系统总监詹勋琪则指出，以往采用BiCMOS方式的毫米波雷达，须搭配DSP或是MCU，如此一来无法有效缩减尺寸；而CMOS的优势在于整合度高，能减少电路板空间，进而整合DSP与MCU成为一个系统单芯片(SoC)，如此一来便可加速终端产品设计时程，满足大量生产需求。

不过，詹勋琪说明，采用CMOS制程也须克服许多挑战。CMOS制程虽有利于实现高整合度雷达，但由于整合的元件数多，在同一个芯片上，有着射频(RF)讯号，也有基频(Baseband)讯号，因此，要如何降噪，减低元件间讯号彼此干扰，是设计时的关键。另外，使芯片保持良好的散热也是设计重点，因为所有的元件都包在同一个空间中，彼此发热一定会互相影响。

詹勋琪表示，目前市场上的毫米波雷达制程确实分为BiCMOS与CMOS两种方式，端看各家业者市场策略选择合适的制程。而TI一开始在规画进入雷达市场时，便决定要以CMOS制程为主。像是前段时间推出的毫米波产品组合(AWR1x及IWR1x系列)，即采用CMOS制程，该两款产品为整合DSP和MCU的CMOS单芯片，或仅具一个MCU或DSP的单芯片。此一设计可加快终端产品设计时程，实现更多创新应用，如将雷达嵌入驾驶座侦测驾驶人状况、侦测车内乘载人数、手势辨识等，并满足大量生产需求。

英飞凌(Infineon)汽车电子事业处大中华区汽车安全市场经理王龙飞则认为，未来将会依照毫米波雷达的应用需求来选择CMOS或是BiCMOS制程。以前向车用雷达为例，由于侦测距离较远，精确度要求会更高，因此较适合使用BiCMOS制程；而四个角雷达使用CMOS或是BiCMOS制程皆可；若是用于车边侦测的雷达，则使用CMOS较为合适。

王龙飞进一步解释，CMOS雷达优势在于尺寸小、整合度高，但散热是CMOS雷达须克服的挑战。当CMOS雷达发热温度提高之后，精度会开始飘移，须花费许多时间进行软体补偿，以确保雷达精准度；这也是未来CMOS雷达要实现长距离侦测须克服的挑战。而车边侦测应用因侦测范围、距离较小外(一般约40公尺)，且一般车边(像是车门)都装有安全气囊，余裕空间较少，因此适合小体积、高整合的CMOS雷达(图2)。

图2未来汽车上会安装许多雷达，前向车用雷达试用于BiCOMS制程，而车边应用雷达则适合CMOS制程。资料来源：英飞凌

为抢攻雷达市场，英飞凌前段时间推出新一代雷达感测器等自动驾驶基础半导体解决方案，其中包含77/79GHz MMIC「RXS8160」、配备专用感测器处理单元的高效能多核心微控制器(AURIX系列)以及安全的电源供应器，以加快高级雷达系统的开发。

对此，王龙飞指出，目前该公司的雷达解决方案仍是以BiCMOS为主，不过，随着雷达需求持续增加，未来CMOS和BiCMOS两种方式皆会并存于市场上。因此，英飞凌日后也将考虑跨入CMOS领域，而未来该公司所生产的CMOS雷达预计将以28纳米以下为主，因基于此一制程，发热问题会比较容易克服。

另一方面，除了毫米波雷达之外，光达也是未来自动驾驶和ADAS重要的感测元件之一，目前各大感测器供应商也已开始摩拳擦掌，跨足光达领域。像是IDT便宣布与加拿大光达研发商LeddarTech结盟，双方将合作研发LeddarCore LCA2芯片。两家厂商合作的LCA2为最新技术，能以芯片建置高效能低成本的车用光达。

IDT台湾/东南亚/印度/纽澳区总经理暨业务总监詹维青(图3)表示，该公司和LeddarTech携手，是希望结合双方长处，像是IDC擅长后端(具备高效能ADC)，而LeddarTech擅长前端，共同打造新一代光达解决方案。

图3 IDT台湾/东南亚/印度/纽澳区总经理暨业务总监詹维青表示，光达与安全息息相关，未来可能不只应用于汽车，还可能用于飞机等其他载具上。

詹维青指出，光达跟自动驾驶安全息息相关，势必是未来发展趋势。当自驾车行进期间，主要靠各式感测器侦测距离和时间点，而距离和时间点又是随时在变动，因此感测器的效能须不断提升。光达也是如此，未来光达须跟其他元件相互配合，例如GPS，才有望进一步提升侦测准确性。

然而，光达目前的导入挑战在于价格昂贵，甚至许多光达的价格是汽车平均售价两倍多，同时还有功耗高、产生资料量大，体积大等缺点。对此，崔正昊表示，大多数光达系统是为飞机上的自动驾驶系统和实验专案而设计的，必须根据汽车产业的需求重新设计系统架构。

崔正昊说明，也因此，ADI几年来一直致力于为汽车市场开发感测器到云端光达系统，目的便是降低光达尺寸与成本，目前正在开发原型，并设法进一步提高性能和减小尺寸。

此外，为加速光达开发，ADI也收购了Vescent Photonics。Vescent Photonics开发了一种固态雷射波束引导技术，此次收购将使ADI能提供缩减光达系统的尺寸和成本的方案，并消除笨重的机械引导，同时提高性能和可靠性。

另一方面，固态光达(Solid State LiDAR)开发商Quanergy Systems近日也宣布旗下固态光达生产线已通过IATF 16949认证，这是继7月初获得ISO 9001认证后又一里程碑，在获得这些品质管理认证之后，该公司将开始批量生产S3固态光达。

Quanergy执行长与联合创始人Louay Eldada则表示，自驾车目前已发展到Level 3阶段，Level 4预估在2021~2022年期间实现，至于Level 5则需等到2025年之后。光达将在自动驾驶发展进程中扮演相当重要的角色，而固态光达的成本、功耗相较于机械式光达都更低，且性能和可靠度更高，因此会是未来发展重点，目前已有车厂尝试将固态光达内建在汽车的车头灯之中。

综上所述，ADAS应用逐渐普及，而毫米波雷达更是其中不可或缺的关键元件，同时，光达、摄影机的需求后势看涨，牵动ADI、Infineon、ST、TI等半导体大厂加速布局脚步，ADAS的「感」情与商机都不断上升当中。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1726期内容，欢迎关注。

摩尔精英是领先的芯片设计加速器，重构半导体基础设施，让中国没有难做的芯片。主营业务包括“芯片设计服务、供应链运营服务、人才服务、企业服务”。覆盖半导体产业链1500多家芯片设计企业和50万工程师，掌握集成电路精准大数据。目前员工200人且快速增长中，在上海、硅谷、南京、北京、深圳、西安、成都、合肥、广州等地有分支机构和员工。

点击阅读原文了解摩尔精英