激光雷達價格昂貴，傳統毫米波雷達分辨率不足，由此，4D成像毫米波雷達被寄予了厚望，雖然目前可選芯片方案較少，但未來可期。

作者｜Andy    校對｜James 

毫米波雷達因其全天候工作的優秀表現，已經成為汽車輔助駕駛系統的核心傳感器之一，根據高工研究報告，預計前向毫米波雷達至2025年在L2級以上車輛的搭載率有望突破50%。

不過傳統毫米波雷達的角分表率過低，對目標檢測不靈敏的特性，讓其無法在L4級及以上的自動駕駛中繼續擔當主角。為解決技術瓶頸，4D成像毫米波雷達應運而生，其同時兼顧了傳統毫米波雷達全天候工作和激光雷達精準掃描的特性，獲得了包括大陸、博世、華為等一眾Tier 1的認可并投入研發，4D成像毫米波雷達也借此東風正式崛起，據行業預測，至2023年，4D成像毫米波雷達的搭載量或突破100萬顆。

針對目前自動駕駛感知系統不同技術路線的現存優缺點，4D成像毫米波雷達被寄予厚望。只是，在業內人士看來，4D成像毫米波雷達還處于起步階段，目前只能替代低線束激光雷達，未來若要實現對分辨率更高的激光雷達的替代，解決自動駕駛成本高、量產難的問題，毫米波雷達仍需繼續突破技術瓶頸。

據了解，毫米波雷達的分辨率取決于天線數量、處理性能以及接收面積，因此，擁有一款合適的芯片方案成為了4D成像毫米波雷達發展的關鍵。今天，筆者就給大家介紹幾款適于開發4D成像毫米波雷達的可選芯片方案。

1、恩智浦：S32R45/S32R294

2020年12月，恩智浦推出了一套完整的汽車傳感器芯片組解決方案，該方案包括新款恩智浦雷達處理器以及77GHz收發器，能滿足車輛角落雷達以及前置雷達的NCAP要求，首次為4D成像雷達實現商業化量產提供了可行道路。

據了解，該套方案其實為兩種新型雷達解決方案。

一種是成像雷達解決方案，結合了新款專用S32R45雷達處理器和TEF82xx收發器，能夠提供優良的角分辨率，具備所需的處理能力和探測范圍，不僅能夠區分近距離的小物體，還能夠在擁擠的環境中準確地區分車輛以及騎行者或行人等弱勢道路使用者。

另一種是角雷達和前置雷達解決方案，基于恩智浦新款S32R294雷達處理器并結合了恩智浦TEF82xx收發器，能夠實現遠距離前置雷達以及高端多模態用例，如同步盲點探測、變道輔助以及高程傳感等。其中，S32R294是一款雷達信號處理器，目前采用16nm制程工藝，未來將有可能采用臺積電的5nm工藝打造，可以處理4D點云雷達信號，將為主機廠提供擴展性解決方案所需的效能。

基于S32R45、S32R294 兩款處理器，能夠滿足行業打造全新4D成像毫米波雷達的開發需求。

2、德州儀器：AWR1642/AWR2243

德州儀器于2016年曾推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達傳感器AWR1642系列，欲打破恩智浦和英飛凌兩家企業對傳統毫米波雷達芯片的壟斷格局，但事與愿違。

在洞悉到毫米波雷達要獲得更高角分辨率，就要增加天線數量這一需求后，德州儀器于2018年推出基于AWR2243 FMCW（調頻連續波）單芯片收發器的4片級聯4D毫米波雷達全套設計方案。

公開資料顯示，AWR2243采用45nm RFCMOS工藝，能夠在76至81 GHz頻段內工作，該器件以極小的尺寸實現高度集成，并支持5G帶寬，提供有三個****通道和四個接收通道，TX功率和RX噪聲系數分別為13dB和12dB，采用了包括多普勒分割多址和波束控制等2000多種芯片調制功能，探測距離＞220米，可區分附近的大小目標。

需要說明的是，德州儀器針對AWR2243提供一站式解決方案，收發器平臺解決方案包，包括參考硬件設計、軟件驅動程序、示例配置、API指南和用戶文檔，同時提供2芯片級聯和4芯片級聯方案，能大大降低開發成本，同時因打造了集成度更高的天線片上集成（AoP）芯片，極大降低了用戶的開發成本；該芯片方案也已成為目前4D成像毫米波雷達的主流方案，根據公開數據，華為、蘇州豪米波等國內外多個毫米波雷達企業均基于該芯片開發各自的4D成像毫米波雷達。

3、賽靈思：Zynq UltraScale+ RFSoC

德國大陸在2016年開始研發4D成像毫米波雷達時，選用的芯片方案為恩智浦的S32R274，但該芯片無法讓雷達小型化，最后選用賽靈思的Zynq UltraScale+ RFSoC系列FPGA。

該芯片方案發布于2019年2月21日，專為射頻領域設計，第二、三代Zynq UltraScale+ RFSoC具有更高的射頻性能及更強的可擴展能力，分別最高支持到5GHz和6GHz，從而滿足新—代5G部署的關鍵需求。同時，還可支持針對采樣率高達5GS/S的14位模數轉換器（ADC）和10GS/S的14位數模轉換器（DAC）進行直接RF采樣，二者的模擬帶寬均高達6GHz。

方案中，在SoC架構中集成數千兆采樣RF數據轉換器和軟判決前向糾錯（SD-FEC）；配有ARM Cortex-A53處理子系統和UltraScale +可編程邏輯，是業界唯一單芯片自適應射頻平臺；可為模擬、數字和嵌入式設計提供適當的平臺，從而可簡化信號鏈上的校準和同步。

作為面向可擴展、多功能、相控陣雷達的單芯片TRX解決方案，Zynq UltraScale+ RFSoC能夠在預警場景下實現低時延收發，獲得最佳響應時間；可為部署5G無線通信系統、有線電視接入、高級相控陣雷達、汽車雷達以及包括測量測試和衛星通信在內的其它應用提供所需的更廣泛的頻段覆蓋范圍。

4、Arbe：RFIC/Phoenix芯片組

Arbe成立于2015年，總部位于以色列特拉維夫，并在北京和硅谷設有辦事處，團隊包括半導體工程師、汽車雷達專家和數據科學家等。

成立之初，Arbe主要依賴采購第三方芯片組來進行4D成像雷達解決方案的研發；但因第三方芯片存在算力、軟件開發匹配度等問題，Arbe隨后開始了自研芯片計劃。2020年5月，Arbe發布4D成像雷達處理芯片——RFIC，采用格羅方德半導體公司22nm射頻CMOS工藝，搭配了自研算法和原創天線設計，可提供比原來的圖像精細100倍的圖像精度，Arbe基于該芯片推出了車規級4D成像雷達芯片組解決方案——Phoenix。

該芯片組擁有2300個通道（48****×48接收），相較于傳統毫米波雷達的12個通道（3****4接收）大幅提升；支持提供1°方位角和2°仰角物理分辨率，能夠以每秒30幀的速度實時追蹤數百個目標；視野范圍達到100°方位角和30°仰角，探測距離達到300米可實現提供點云成像的功能；可以根據距離、方位角、仰角和速度追蹤并分離對象，適用于L3級及以上的高級自動駕駛中應用。

除了Phoenix芯片組，2020年10月29日，Arbe還推出了首個2K高分辨率成像雷達開發平臺，Tier 1和OEM廠商可以利用該平臺，進行自動駕駛感知能力軟件算法的迭代，可提供實時聚類、追蹤、自定位、過濾錯誤警報、實時推斷車速和定位、追蹤/分類視野內的物體并識別其速度、提供自由空間地圖等功能。

5、Vayyar：ROC

Vayyar也是來自以色列的一家傳感器企業，成立于2011年，致力于開發低成本4D成像傳感器。

2020年12月，Vayyar推出了一款新型單芯片4D成像雷達SoC——ROC，在單顆芯片上集成了72個****和72個接收器，覆蓋了3 GHz~81 GHz雷達和成像頻段，集成有一個內部數字信號處理器（DSP）和微控制器單元（MCU），可以進行實時信號處理，只需一個射頻集成電路（RFIC）即可執行感測、計算、處理、映射和成像目標。

據Vayyar介紹，該單芯片解決方案能夠看穿物體，并能在所有天氣條件下有效運行，可以替代其他傳感器，而無需昂貴的激光雷達和攝像頭。方案支持跨3-81GHz的超寬帶（UWB）和毫米波頻率；同時搭載內部數字信號處理器（DSP）和實時信號處理微控制器單元（MCU）。RoC還可支持多種系統，包括入侵警報、兒童存在檢測、增強型安全帶提醒和eCall，在發生碰撞時向緊急服務部門報警。

Vayyar透露，RoC預計將于2023年集成到汽車中。不過，RoC并非應用于自動駕駛，而是一款應用于駕駛艙監控系統、兒童存在檢測、安全帶提醒、侵入者警報的輔助駕駛產品。

6、英飛凌：RXS816xPL/RXS8156PLA

行業龍頭英飛凌雖然坐擁全球2/3車用77GHz雷達芯片市場，但在4D成像毫米波雷達芯片方面進展緩慢。2020年初，英飛凌宣布與美國傲酷合作，進入車規級成像雷達市場；同年7月，在英飛凌汽車電子開發者大會上，英飛凌繼續表示，下一步會推出點云成像毫米波雷達芯片。

據分析，英飛凌推出的RXS816xPL系列芯片可滿足成像雷達需求，支持在單個設備中執行雷達前端的所有功能，從FMCW信號調理到生成數字接收數據輸出；滿足了從AEB到自動駕駛中的高分辨率雷達等關鍵型應用的77-79 GHz雷達的需求；使用支持高達2GHz的高調制帶寬，以實現精確的距離測量和MIMO的同步****機操作，能夠探測和識別300米范圍內的物體。

據了解，RXS816xPL支持3個****通道和4個接收通道；同時，英飛凌在77/79 GHz頻段內，還提供有RXS8156PLA毫米波雷達芯片，該芯片支持2個****通道和4個接收通道。

小結

目前，成像雷達的實現方式主要有三種方案，分別是標準芯片+軟件算法、多收多發芯片組、超材料技術。而4D成像雷達尚處于起步階段，不僅市面上推出的產品有限，可選用的芯片方案也非常有限，從公開信息看，目前可選芯片方案主要有TI、恩智浦、賽靈思、Arbe等少數幾家。

部分傳統毫米波雷達芯片大廠仍在觀望中，意法半導體、ADI等均有布局77GHz車規級毫米波雷達芯片，但在4D成像毫米波雷達芯片領域進展緩慢。

其中，ADI擁有超過15年的雷達芯片開發經驗，2018年3月收購由西門子公司剝離出來的德國Symeo公司后，具備了4D毫米波雷達芯片的開發實力。2019年，ADI系統解決方案事業部總經理趙軼苗透露，正在積極研發77GHz、79GHz的高分辨率成像毫米波雷達的射頻芯片，計劃于2020年完成量產準備，至今仍未有確切公開信息。

實際應用上，據行業統計，目前除了德國大陸推出的全球首款4D成像毫米波雷達（ARS540）選用的是FPGA方案外，其余方案基本都是基于德州儀器的芯片方案所開發。未來隨著4D成像毫米波雷達的應用方向及技術方向愈發明確和清晰，主流芯片大廠將會擇機推出更多適用于4D成像毫米波雷達的芯片方案。

與此同時，以現有芯片方案推出的4D成像毫米波雷達，僅能實現最大等效于8線束及以下激光雷達的效果，未來若要在L3級及以上更高級別的自動駕駛中應用，4D成像毫米波雷達芯片仍需尋求提高分辨率等核心技術突破。

為此，國際上已經涌現出一批專注于4D成像毫米波雷達方案的創新公司，除了本文提到的Arbe、Vayyar，還有Unhder、MetaWave、EchoDyne、Ainstein等一批企業，已經形成了較強的技術積累。同時，一批新的產品設計公司也不斷基于現有方案進行創新，如美國傲酷推出的Eagle就采用了軟件算法加載的方式，實現更高的分辨率；國內華為推出的4D成像毫米波雷達也是基于現有方案獲得更高的分辨率。

而博世、日本電裝、采埃孚、日本電產艾萊希斯、Smartmicro等老牌雷達企業也在加緊對4D成像毫米波雷達的推進進度。

另外需要說明的是，截至目前，國內企業仍需高度依賴國際芯片公司，隨著森思泰克、加特蘭、岸達科技、清能華波、微度芯創、矽杰微電子、晟德微集成電路等本土企業的成長，未來或有“芯”突破。