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|车端规模化望眼欲穿，毫米波雷达已开始在其他领域萌芽


集微网报道 ， 提及毫米波雷达 ， 人们首先联想到的就是汽车ADAS系统中的应用 。 诚然 ， 由于其物理特性 ， 毫米波雷达的优势能够在车端完美体现 。 但客观来看 ， 毫米波雷达在车端的爆发仍处于黎明破晓前 。
【|车端规模化望眼欲穿，毫米波雷达已开始在其他领域萌芽】|车端规模化望眼欲穿，毫米波雷达已开始在其他领域萌芽
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毫米波雷达汽车ADAS应用领域里前有博世、德尔福等国外巨头拦路 ， 后有国内整车厂、华为等新玩家的虎视眈眈 ， 加特兰微电子持续在汽车领域发力的同时 ， 也已经开始研究毫米波雷达在其他领域应用的可能性 ， 尤其是在该公司AiP产品已经问世的前提下 。
毫米波雷达新应用
近日 ， 在媒体开放日上 ， 加特兰微电子产品经理吴翔讲述了AiP形态的加特兰毫米波雷达芯片产品Alps和Rhine系列在车端前装以外的应用 。
吴翔指出 ， 在汽车上 ， 毫米波雷达除了能被应用在前装的ADAS系统中 ， 也可以用于汽车舱内的娱乐系统控制 ， 包括对驾驶员生命体征的探测 ， 比如心跳、呼吸等 。 另外 ， 还有对舱内的活体检测功能 ， 以避免人或宠物被误锁而引发事故 。
基于以上需求 ， 加特兰现场展示了舱内活体检测的参考设计 。 吴翔表示 ， 针对在舱内的人 ， 有两种检测能力 ， 包括移动和微动 。 因此 ， 即便车内活体没有发生位置变化 ， 也能够精准的被毫米波雷达感知 。 虽然摄像头同样能解决这个问题 ， 但毫米波雷达具备更好地隐私性 。
“用了AiP以后 ， 我们只需要将一个很小的传感器装在车顶灯或后视镜上 ， 就可以完成车舱内生命体征的探测 ， ”吴翔如是说 。
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近年来 ， 空调产业已经诞生了许多新技术 ， 比如变频空调 。 但依旧存在一些痛点 ， 包括空调送风不均匀 ， 造成房间各处的温度不均衡；人离空调比较近时 ， 风持续吹在人身上会引发健康问题 。 因此 ， 空调厂商希望能通过某种技术了解房间的面积 ， 以匹配压缩机的功率 。
针对以上问题 ， 加特兰开发了一套针对智能空调的智能化方案 ， 以提升空调的舒适度 。 吴翔表示 ， 采用了加特兰的毫米波雷达解决方案后 ， 人在房间里的位置可以被精准跟踪 ， 包括静止站立不动的情况下 ， 毫米波雷达通过对微动的判断 ， 依然可以继续对人保持跟踪 。 同时 ， 加特兰的方案也排除了误触发的问题 ， 如房间里除了人或者宠物以外 ， 还有一些会动的物体 ， 例如风扇、窗帘、绿色植物等 。 另外 ， 通过多通道天线的技术 ， 加特兰的AiP产品还可以探测运动物体的高度信息 ， 以区分大人、小孩和宠物 ， 以及识别人体的姿态 。
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吴翔还补充道：“相似的技术也可以检测人的心跳和呼吸 。 若把呼吸检测技术加到空调里面 ， 通过对人呼吸次数是否变慢等状态变化的监测 ， 就能知道他是否进入睡眠 ， 空调也可以自动进入睡眠模式 。 ”
安防市场也是毫米波雷达的主要市场之一 ， 吴翔指出 ， 监控中也有一些产品可以加入毫米波雷达 ， 以带来新的突破 。 目前常用的监控摄像头是基于光学CMOS传感器 ， 其痛点是在恶劣天气或黑夜中 ， 识别会出现很大的阻碍 。 另外 ， 其对远距离物体的探测清晰度不够 ， 但如果通过摄像头加上毫米波和感知信息的融合 ， 监控就能够跨角度地追求更有效的信息 。
“现在监控摄像头都开始大规模应用AI技术 ， 但是即使这样还是会有误报的发生 。 但如果加一颗雷达以后 ， 首先可以帮助他们降低误报率 ， 第二可以用相对算力更低、成本更低的AI 处理器来实现相当的探测能力 ， 这便是毫米波雷达给监控带来的益处 ， ”吴翔说 。
值得一提的是 ， 以往也有雷达产品被应用在监控市场 ， 但大多数都是在视觉摄像头下安装一个很大的毫米波雷达 ， 而搭载AiP产品的雷达体积较小 ， 很好的解决了这个问题 。
吴翔强调 ， 加特兰的AiP产品在一个12mm×12mm的面积上完成了一个带雷达天线全尺寸的SoC ， 支持77GHz或者是60GHz的频段 ， 在里面有4路的发射和有4路的接收 ， 集成片上天线等 。 而且芯片只需要非常少的外围电路 ， 包括电源、Flash等 。 这也是为什么加特兰的AiP雷达芯片模组能够做到足够小 。
而要实现这样小而优的产品 ， 加特兰花费了大量的心血 。
AiP带来的挑战
加特兰生产技术总监王典告诉集微网 ， AiP（Antenna-in-Package）最直观的解释就是封装里的天线 ， 这样能提供非常强大的系统性能 。
王典表示 ， 在封装上面可以放多个天线时 ， 天线和芯片的互联区域就非常短 ， 信号便可以通过更短的路径到达天线 ， 以实现更强大的系统性能 。 更为重要是 ， 整个AiP实现出来的模组尺寸相比传统模的尺寸 ， 可以大大地减少 。 “这里也得益于它的集成度——因为在传统的模组上 ， 必须把这些天线用一个高频的PCB来实现 ， 而AiP芯片内部就已经包含了这些天线的接口 。 可想而知 ， 这样带来的一个优势就是低成本及更容易使用 。 客户不需要进行天线的设计和开发 ， 可以缩短整个产品的研发周期以及成本 ， 从而缩短产品上市的时间 ， ”王典进一步说道 。
显而易见 ， 如此精密和复杂结构也带来了巨大的设计挑战 。 王典指出 ， 从物理设计、天线性能设计、电连接 ， 到封装工艺及材料、与芯片模组协同设计以及射频辐射测试等各个环节 ， 都需要从天线技术和封装技术两个维度来综合考量 。
在最后的射频辐射测试中 ， 还需要用自动化测试来确保芯片出厂的功能和性能 。 王典强调 ， 加特兰从第一天设计AiP开始就在同步进行整个测试系统的设计 ， 花了3年时间自主研发 ， 和4家全球最顶级的供应商一起讨论 ， 最终形成了一整套拥有自主知识产权的测试方案 。
另外 ， 加特兰天线本身性能的设计还具备非常高的设计冗余度 。 王典透露 ， 普通频段是76到81GHz ， 其实整个使用带宽只有5GHz 。 但是加特兰在设计的时候保证设计带宽是16个G ， 相当于翻了3倍的能力去设计 。 同样 ， 天线增益方面 ， 它的使用带宽是5GHz ， 但是整个增益满足需求的带宽其实是11GHz ， 具备200%的冗余 。
加特兰从容应对了AiP带来的所有设计挑战 ， 这也是加特兰能够站在AiP领域技术和应用最前沿的原因 。
据加特兰COO吕昱昭透露 ， 公司员工数已经达到100人以上 ， 其中研发人员超过70% 。 公司去年3月份发布的Alps系列已经得到了许多的国内外客户的认可 ， 客户数量增长非常显著 ， 其中有三分之一来自海外 。
“展望未来 ， 我们的客户给我们提出了更多的要求 ， 包括高性能、经济性、小型化、易生产 ， 这也是我们会聚焦AiP技术的原因 。 我们预测 ， 随着AiP技术的普及 ， 2024年全球的毫米波雷达容量将增长到4亿颗 ， AiP能给市场带来40%的增长 ， ”吕昱昭如是说 。 （校对/零叁）


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