MMIC芯片技术-毫米波雷达前段收发射频组件

原创 半导体产业纵横 2022-04-16 18:00


随着汽车智能化的发展,自动驾驶技术不断成熟,汽车搭载的摄像头和传感器数量也在大幅增加。在自动驾驶技术的带动下,毫米波雷达芯片市场空间广阔。

作者:丰宁

MMIC是什么?

MMIC是单片微波集成电路的缩写,是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体工艺方法制造出无源和有源元器件,并连接起来构成应用于微波频段的功能电路。

MMIC-至关重要的雷达心脏


随着汽车智能化的发展,消费者对于行车安全的提高及自动驾驶技术的不断成熟,汽车搭载的摄像头和传感器数量也在大幅增加。车载雷达是高级辅助驾驶、无人驾驶核心传感器之一。毫米波雷达芯片是车载雷达的核心,负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调。

根据雷达系统发射信号的种类不同,可将雷达分为脉冲雷达、调频连续波(FrequencyModulatedContinuousWave,FMCW)雷达、调相连续波(PhaseModulatedContinuousWave,PMCW)雷达等不同类型。根据天线控制方式不同,又可将雷达分为机械扫描雷达、相控阵雷达等。可见,多功能性也是雷达系统芯片未来可能的发展趋势。

毫米波雷达芯片设计难点

全集成毫米波雷达芯片的基本架构包括发射机、接收机、雷达信号源等射频毫米波组件,中频处理、A/D转换等基带处理模拟组件,微控制器、数字信号处理等数字组件。

毫米波雷达芯片的设计难点主要集中在高功率宽带发射机、高灵敏度宽带接收机、高精度雷达信号源等方面,需要毫米波雷达芯片中毫米波放大器的阻抗匹配、功率有所提高,此外相控阵等关键技术也相当重要。

来源:《毫米波雷达前端芯片关键技术探讨》

毫米波阻抗匹配技术

在毫米波雷达芯片中,射频信号带宽主要由射频毫米波组件直接决定,提高射频毫米波组件尤其是毫米波放大器的工作带宽是实现更高距离分辨率的必经途径。在毫米波带宽放大器中,常用的拓扑结构是分布式结构和多级放大器结构。分布式结构虽然可实现较宽的带宽,但具有较高的功耗和较大的芯片面积,从而在毫米波雷达中较为少见。多级放大器结构的带宽主要受到各个节点的寄生电容和匹配电路的影响,匹配电路的带宽响应是拓展毫米波放大器带宽的关键。

输出功率提高技术

当目标受到雷达发射电磁波的照射时,将对所截获的雷达电磁波再次辐射,因而将产生目标散射回波。散射功率的大小与目标所在点的发射功率密度以及目标本身的电磁特性有关。在雷达检测目标、收发天线工作环境一定的情况下,提高雷达最大可工作距离Rmax的直接有效途径是:
  1. 提高雷达接收机的灵敏度;

  2. 增大雷达发射机的发射功率。


通过大规模雷达芯片阵列的方式,可明显提高雷达的最大可工作距离Rmax,但仍然会受限于毫米波雷达单芯片的性能。在毫米波雷达芯片层面,提高雷达接收机的灵敏度需要通过提高低噪声放大器的增益和线性度、降低低噪声放大器的噪声系数来实现,而要增大雷达发射机的发射功率,则需要提高毫米波功率放大器芯片的饱和输出功率(saturatedoutputpower,Psat)。鉴于先进半导体工艺中晶体管的击穿电压有限,尤其是先进硅基工艺,例如,65nmCMOS工艺的标准电源电压为1.2V,这限制了晶体管的输出电压摆幅,从而限制了功率放大器的饱和输出功率。因此,在毫米波功率放大器中,常采用晶体管堆叠技术和多路功率合成技术来提高放大器的输出功率。

相控阵技术

传统机械扫描雷达的波束扫描通过天线的机械转动来实现,相控阵技术出现后,相控阵雷达通过控制每个天线单元发射或接收电信号的幅度或相位信息来改变阵列等效波束的方向和强度,从而大大提高了雷达波束扫描的灵活性和可控性。与单个接收通道相比,N个相控阵接收通道可以将接收机的灵敏度提高10lg(N)dB。与单个发射通道相比,N个相控阵发射通道可以将发射机的有效全向辐射功率(EquivalentIsotropicallyRadiatedPower,EIRP)提高20lg(N)dB。因此,相控阵技术可以降低对接收单通道噪声系数和发射单通道输出功率的要求,是大规模毫米波雷达阵列芯片中的一项关键技术。

基于变压器的反馈技术和高阶耦合谐振腔技术在提高带宽、降低噪声和减小芯片面积方面均有独特的优势,是毫米波低噪声放大器和功率放大器在带宽提高方面的研究热点。在功率提高方面,堆叠技术和多路合成技术是两个重要的发展方向,基于变压器的多路合成结构在合成效率优化、谐波阻抗匹配等方面的灵活性更强,但Wilkinson合成器和零度合成器在16路以上合成以及在毫米波高频段功率放大器中损耗低、结构简单的优势更为明显。在相控阵技术方面,开关切换型结构适用于移相精度要求不高、线性度要求高的系统,反射型结构适用于相位需要电压连续控制的系统,而矢量合成移相器更适用于高精度相位控制系统。结合相控阵技术的大规模毫米波雷达阵列,在逐渐往具有更宽工作带宽的毫米波高频段发展,是毫米波雷达芯片今后的一个发展趋势。

主流模式:77GHz 毫米波雷达将会是市场的主打产品。


根据ICVTank数据,随着越来越多企业采用“摄像头+毫米波雷达”的自动驾驶方案,预计2025年全球车载毫米波雷达市场可达130亿美元(约845亿人民币)其中中国车载毫米波雷达市场可达211亿元。

毫米波雷达按照频率可分为24GHz和 77GHz以上的毫米波雷达。24GHz毫米波雷达主要适用短距离范围,应用范围多为盲点监测,车道保持和自动泊车等场景。77GHz毫米波雷达测距范围可达100-250 米,探测距离长、识别精度高且穿透力强,主要用于自适应巡航、向前碰撞预警和自动紧急刹车等场景中。

77GHz or 24GHz如何抉择?


无论两个频带的雷达系统有多强大,任何雷达系统都需要优秀的相位噪声,这是扩大传感器有效范围和精度的首要条件。这两种频带雷达技术在应用中的特点是什么,如何选择?

来源:国发创投

第一:77GHz毫米波雷达的检测精度更高。相比于24GHz雷达,77GHz雷达的波长更小,虽然绕射能力比24GHz雷达要弱,但是其检测精度更高。因此未来对于检测精度精益求精的自动驾驶来说,77GHz毫米波雷达无疑更具有一定优势。

第二:77GHz毫米波雷达的相对体积更小巧,利于车上器件安装和布局。在同性能的24GHz毫米波雷达和77GHz毫米波雷达来对比讲,最主要的差距还是在雷达体积上。由于24GHz雷达的频率更低波长更长,因此雷达所需要的天线就更长,做成小体积雷达的难度就更高。在追求美观与轻量化的车载领域体积是个关键问题。

第三:77GHz毫米波雷达设计、生产制造工艺更高。77GHz毫米波雷达最大的制造难度体现在其工艺上,77GHz毫米波雷达由于体积小,其线路板的面积很小,因此射频线路的设计、PCB制版难度极大,成片的成品率也相对较低。

第四:芯片获取难易程度不同,24GHz毫米波雷达的射频芯片相对77GHz雷达射频芯片更易获取。由于24GHz毫米波雷达技术趋于成熟,产品供应体系已经相对健全,供应链已经逐步稳定,在国内,24GHz的核心芯片也更容易获取。但是,目前在全球范围内77GHz毫米波雷达芯由于相关知识产权与合作协议的原因,目前可获取的芯片供应商较少。

国产替代大步向前

从毫米波雷达芯片国内外企业的市场占有率来看,目前国际市场主要被恩智浦(NXP)、英飞凌、德州仪器(TI)等芯片设计公司占据,代表厂商有得捷电子、富士通、飞思卡尔、英飞凌、安森美、恩智浦、意法半导体、瑞萨电子等。从激光雷达芯片来看,目前国际市场竞争的主要参与者有英飞凌、安森美、瑞萨电子、Luminar、Lumotive、Aeva等。目前,我国大量研究机构和企业都在努力开发雷达传感器用芯片技术,并且已经有了一些重大突破,国产替代进口的实现指日可待。

清华大学、清能华波等单位在毫米波雷达芯片领域有着深厚的积累,东南大学毫米波国家重点实验室已完成8mm波段混频器、倍频器、开关、放大器等单功能芯片的研制,目前正在开展单片接收/发射前端的设计与研制;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,现已实现量产和供货。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。

加特兰微电子致力于应用在汽车辅助及自动驾驶、安检成像、智能家居等领域的77GHz CMOS工艺毫米波雷达芯片的研发。2017年,该公司发布了第一代77GHz毫米波雷达射频单芯片。2019年3月,发布第二代CMOS毫米波雷达芯片SoC-ALPS系列。Alps系列芯片集成了高速ADC、完整的雷达信号处理baseband以及高性能的CPU核。目前,加特兰微电子在全球已与90多家客户展开合作。

杭州岸达科技成立于2016年7月,从事77GHz CMOS毫米波雷达单芯片IC设计、研发及销售,为无人机、汽车、工业控制等行业提供毫米波雷达全面的射频前端解决方案和雷达模组开发及销售。2019年2月,岸达科技发布了77GHz CMOS毫米波雷达芯片ADT2001,是全球首款基于CMOS工艺,采用相控阵系统架构,单颗芯片集成16通道的车载77GHz CMOS毫米波雷达芯片。

厦门意行半导体成立于2010年,是国内最早从事民用毫米波雷达射频前端集成电路产品开发及提供雷达解决方案的企业。2018年11月意行半导体正式发布了一颗24GHz、一发四收、收发一体的毫米波雷达单芯片SG24TR14 MMIC。目前,该公司已经量产SG24T1/SG24R1套片和SG24TR12一发两收集成单芯片,产品在车载产业、无人机、智能交通、安防以及消费电子等多个产业有较好的应用。

《<中国制造 2025>重点领域技术路线图》将智能网联汽车与节能汽车、新能源汽车并列,成为中国未来重点发展的制造领域。该文件对智能网联汽车的发展制定了宏伟的目标。具体为:2025 年, DA、 PA 占有率保持稳定,高度自动驾驶(对应 L3)车辆占有率约 10%-20%。2030 年,完全自动驾驶(对应 L4)市场占有率近 10%。高等级自动驾驶对传感器的性能要求提升,单车搭载的雷达传感器及摄像头种类及数量均有所提升,芯片的计算量也随之提高,需要更高的芯片频率和更新的异构设计以达到快速的数据处理速度。自动驾驶的高速增长将带来对雷达传感器的需求快速上升,进而促进雷达传感器用芯片需求量上升及产品的更新换代。雷达传感器用芯片市场前景乐观。






半导体产业纵横 (微信号: ICViews)半导体产业纵横是神州数码数智创新+平台下的自媒体账号,立足产业视角,提供及时、专业、深度的前沿洞见、技术速递、趋势解析,赋能中国半导体产业,我们一直在路上。
评论
  • 在海洋监测领域,基于无人艇能够实现高效、实时、自动化的海洋数据采集,从而为海洋环境保护、资源开发等提供有力支持。其中,无人艇的控制算法训练往往需要大量高质量的数据支持。然而,海洋数据采集也面临数据噪声和误差、数据融合与协同和复杂海洋环境适应等诸多挑战,制约着无人艇技术的发展。针对这些挑战,我们探索并推出一套基于多传感器融合的海洋数据采集系统,能够高效地采集和处理海洋环境中的多维度数据,为无人艇的自主航行和控制算法训练提供高质量的数据支持。一、方案架构无人艇要在复杂海上环境中实现自主导航,尤其是完
    康谋 2025-03-13 09:53 44浏览
  •        随着人工智能算力集群的爆发式增长,以及5.5G/6G通信技术的演进,网络数据传输速率的需求正以每年30%的速度递增。万兆以太网(10G Base-T)作为支撑下一代数据中心、高端交换机的核心组件,其性能直接决定了网络设备的稳定性与效率。然而,万兆网络变压器的技术门槛极高:回波损耗需低于-20dB(比千兆产品严格30%),耐压值需突破1500V(传统产品仅为1000V),且需在高频信号下抑制电磁干扰。全球仅有6家企业具备规模化量产能力,而美信科
    中科领创 2025-03-13 11:24 40浏览
  • 前言在快速迭代的科技浪潮中,汽车电子技术的飞速发展不仅重塑了行业的面貌,也对测试工具提出了更高的挑战与要求。作为汽车电子测试领域的先锋,TPT软件始终致力于为用户提供高效、精准、可靠的测试解决方案。新思科技出品的TPT软件迎来了又一次重大更新,最新版本TPT 2024.12将进一步满足汽车行业日益增长的测试需求,推动汽车电子技术的持续革新。基于当前汽车客户的实际需求与痛点,结合最新的技术趋势,对TPT软件进行了全面的优化与升级。从模型故障注入测试到服务器函数替代C代码函数,从更准确的需求链接到P
    北汇信息 2025-03-13 14:43 23浏览
  • 引言汽车行业正经历一场巨变。随着电动汽车、高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶技术的普及,电子元件面临的要求从未如此严格。在这些复杂系统的核心,存在着一个看似简单却至关重要的元件——精密电阻。贞光科技代理品牌光颉科技的电阻选型过程,特别是在精度要求高达 0.01% 的薄膜和厚膜技术之间的选择,已成为全球汽车工程师的关键决策点。当几毫欧姆的差异可能影响传感器的灵敏度或控制系统的精确性时,选择正确的电阻不仅仅是满足规格的问题——它关系到车辆在极端条件下的安全性、可靠性和性能。在这份全面指南中,我们
    贞光科技 2025-03-12 17:25 92浏览
  • 曾经听过一个“隐形经理”的故事:有家公司,新人进来后,会惊讶地发现老板几乎从不在办公室。可大家依旧各司其职,还能在关键时刻自发协作,把项目完成得滴水不漏。新员工起初以为老板是“放羊式”管理,结果去茶水间和老员工聊过才发现,这位看似“隐形”的管理者其实“无处不在”,他提前铺好了企业文化、制度和激励机制,让一切运行自如。我的观点很简单:管理者的最高境界就是——“无为而治”。也就是说,你的存在感不需要每天都凸显,但你的思路、愿景、机制早已渗透到组织血液里。为什么呢?因为真正高明的管理,不在于事必躬亲,
    优思学院 2025-03-12 18:24 81浏览
  • 一、行业背景与用户需求随着健康消费升级,智能眼部按摩仪逐渐成为缓解眼疲劳、改善睡眠的热门产品。用户对这类设备的需求不再局限于基础按摩功能,而是追求更智能化、人性化的体验,例如:语音交互:实时反馈按摩模式、操作提示、安全提醒。环境感知:通过传感器检测佩戴状态、温度、压力等,提升安全性与舒适度。低功耗长续航:适应便携场景,延长设备使用时间。高性价比方案:在控制成本的同时实现功能多样化。针对这些需求,WTV380-8S语音芯片凭借其高性能、多传感器扩展能力及超高性价比,成为眼部按摩仪智能化升级的理想选
    广州唯创电子 2025-03-13 09:26 31浏览
  • DeepSeek自成立之初就散发着大胆创新的气息。明明核心开发团队只有一百多人,却能以惊人的效率实现许多大厂望尘莫及的技术成果,原因不仅在于资金或硬件,而是在于扁平架构携手塑造的蜂窝创新生态。创办人梁文锋多次强调,与其与大厂竞争一时的人才风潮,不如全力培养自家的优质员工,形成不可替代的内部生态。正因这样,他对DeepSeek内部人才体系有着一套别具一格的见解。他十分重视中式教育价值,因而DeepSeek团队几乎清一色都是中国式学霸。许多人来自北大清华,或者在各种数据比赛中多次获奖,可谓百里挑一。
    优思学院 2025-03-13 12:15 47浏览
  • 文/杜杰编辑/cc孙聪颖‍主打影像功能的小米15 Ultra手机,成为2025开年的第一款旗舰机型。从发布节奏上来看,小米历代Ultra机型,几乎都选择在开年发布,远远早于其他厂商秋季主力机型的发布时间。这毫无疑问会掀起“Ultra旗舰大战”,今年影像手机将再次被卷上新高度。无意臆断小米是否有意“领跑”一场“军备竞赛”,但各种复杂的情绪难以掩盖。岁岁年年机不同,但将2-3年内记忆中那些关于旗舰机的发布会拼凑起来,会发现,包括小米在内,旗舰机的革新点,除了摄影参数的不同,似乎没什么明显变化。贵为旗
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:30 60浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖作为全球AI领域的黑马,DeepSeek成功搅乱了中国AI大模型市场的格局。科技大厂们选择合作,接入其模型疯抢用户;而AI独角兽们则陷入两难境地,上演了“Do Or Die”的抉择。其中,有着“大模型六小虎”之称的六家AI独角兽公司(智谱AI、百川智能、月之暗面、MiniMax、阶跃星辰及零一万物),纷纷开始转型:2025年伊始,李开复的零一万物宣布转型,不再追逐超大模型,而是聚焦AI商业化应用;紧接着,消息称百川智能放弃B端金融市场,聚焦AI医疗;月之暗面开始削减K
    华尔街科技眼 2025-03-12 17:37 145浏览
  • 北京时间3月11日,国内领先的二手消费电子产品交易和服务平台万物新生(爱回收)集团(纽交所股票代码:RERE)发布2024财年第四季度和全年业绩报告。财报显示,2024年第四季度万物新生集团总收入48.5亿元,超出业绩指引,同比增长25.2%。单季non-GAAP经营利润1.3亿元(non-GAAP口径,即经调整口径,均不含员工股权激励费用、无形资产摊销及因收购产生的递延成本,下同),并汇报创历史新高的GAAP净利润7742万元,同比增长近27倍。总览全年,万物新生总收入同比增长25.9%达到1
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:23 47浏览
  • 一、行业背景与需求痛点智能电子指纹锁作为智能家居的核心入口,近年来市场规模持续增长,用户对产品的功能性、安全性和设计紧凑性提出更高要求:极致空间利用率:锁体内部PCB空间有限,需高度集成化设计。语音交互需求:操作引导(如指纹识别状态、低电量提醒)、安全告警(防撬、试错报警)等语音反馈。智能化扩展能力:集成传感器以增强安全性(如温度监测、防撬检测)和用户体验。成本与可靠性平衡:在复杂环境下确保低功耗、高稳定性,同时控制硬件成本。WTV380-P(QFN32)语音芯片凭借4mm×4mm超小封装、多传
    广州唯创电子 2025-03-13 09:24 41浏览
  • 本文介绍Android系统主板应用配置默认获取管理所有文件权限方法,基于触觉智能SBC3588行业主板演示,搭载了瑞芯微RK3588芯片,八核处理器,6T高算力NPU;音视频接口、通信接口等各类接口一应俱全,支持安卓Android、Linux、开源鸿蒙OpenHarmony、银河麒麟Kylin等操作系统。配置前提在配置前,建议先将应用配置成系统应用,不然配置后系统每次重启后都会弹窗提示是否获取权限。应用配置成系统应用,可参考以下链接方法:瑞芯微开发板/主板Android系统APK签名文件使用方法
    Industio_触觉智能 2025-03-12 14:34 54浏览
  • 在追求更快、更稳的无线通信路上,传统射频架构深陷带宽-功耗-成本的“不可能三角”:带宽每翻倍,系统复杂度与功耗增幅远超线性增长。传统方案通过“分立式功放+多级变频链路+JESD204B 接口”的组合试图平衡性能与成本,却难以满足实时性严苛的超大规模 MIMO 通信等场景需求。在此背景下,AXW49 射频开发板以“直采+异构”重构射频范式:基于 AMD Zynq UltraScale+™ RFSoC Gen3XCZU49DR 芯片的 16 通道 14 位 2.5GSPS ADC 与 16
    ALINX 2025-03-13 09:27 32浏览
  • 2025年,科技浪潮汹涌澎湃的当下,智能数字化变革正进行得如火如荼,从去年二季度开始,触觉智能RK3562核心板上市以来,受到了火爆的关注,上百家客户选用了此方案,也获得了众多的好评与认可,为客户的降本增效提供了广阔的空间。随着原厂的更新,功能也迎来了一波重大的更新,无论是商业级(RK3562)还是工业级(RK3562J),都可支持NPU和2×CAN,不再二选一。我们触觉智能做了一个艰难又大胆的决定,为大家带来两大重磅福利,请继续往下看~福利一:RK3562核心板149元特惠再续,支持2×CAN
    Industio_触觉智能 2025-03-12 14:45 26浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦