4D 毫米波雷达：智驾普及的新路径（二）

????????MMIC 芯片工艺改进（ GaAs-SiGe-CMOS ）推动车载毫米波雷达系统成本持续下行。

????????1） GaAs 工艺时代（ 1990 年 -2009 年）： 早期 PCBA 上大部分的器件都可以使用硅来制造，只有射频部分没有办法使用，主流都是采用砷化镓（GaAs）的工艺来制造；由于砷化镓工艺所需要的材料比较稀缺，不管是材料成本和制造成本都比较高，对于生产线的要求也很高。因此在 2009 年之前，毫米波雷达中的前端射频芯片最初也是使用的 GaAs 工艺，而且集成度很低，一个毫米波雷达需要 7-8 颗 MMICs 、 3-4 颗 BBICs 。

????????2） SiGe 工艺时代（ 2009 年至今）： SiGe（锗硅）拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势，从 2009 年开始 SiGe 工艺逐渐代替 GaAs 工艺，毫米波雷达前端射频芯片的集成度大幅提升，一个毫米波雷达只需要 2-5 颗 MMICs 、 1-2 颗 BBICs，毫米波雷达整个系统成本降低 50% 。

????????3） CMOS 工艺时代（ 2017 年至今）： 最初 CMOS 工艺没法用在毫米波雷达芯片，是因为不能工作在高频中，以 180nm 为例， SiGe 可以工作在 180GHz 以上，而 CMOS 工作频率只能达到 40GHz ；直到 2010 年工艺进步到 40nm ，才使得 CMOS 用于 77GHz 毫米波雷达成为可能。由于 CMOS 晶圆价格便宜且集成度非常高，一个毫米波雷达只需要 1 颗 MMIC芯片、 1 颗 BBIC 芯片。

图表 17 ： 前端收发模块 MMIC 工艺： GaAs-SiGe-CMOS

4.1.3 波形：FMCW、PMCW

图表 20 ： PMCW 雷达的结构

????????射频前端收发模块集成有分立模式、AoB 、 AiP 三次技术路线。 AoB( 板载天线 )是指将天线贴在高频 PCB 板上； AiP( 封装天线 ) 是指将天线和芯片集成封装到一起，天线采用 IC 封装工艺制作。相比于 AoB ， AiP 具有以下优势：

????????1) 带有天线封装的雷达传感器的板级面积比采用 AoB的传感器的天线所占板级空间的面积小约 30% 。

????????2) 降低高频 PCB 基板面积，可以降低 BOM 成本。

????????3) 由毫米波雷达芯片厂商做了天线设计部分，毫米波雷达系统厂商无需做天线设计和开发，可以降低工程成本。

????????4) 由于从硅芯片到天线的路径更短，因此可以实现更高的效率和更低的功耗。

????????小型化、增加新的应用场景、易安装、低成本是 AiP 技术的核心优势。考虑到未来车载 4D毫米波雷达的发展趋势，采用 AiP 技术将带来更小的雷达尺寸、更低的雷达成本、更灵活的应用场景。

图表 21 ： 天线：分立模式 -AoB-AiP

????????4D 毫米波雷达系统结构集成技术经历了分立模式、模组合成、 SoC 集成三次技术升级，我 们认为， SoC 集成是未来发展趋势。 MMIC 、 DSP( 数字信号处理器 ) 、 MCU( 微控制器 )是4D 毫米波雷达的核心部件，不同的系统结构集成技术代表了这三个部件不同的集成方式：

????????1) 分立模式：指 MMIC,DSP 和 MCU 模块都分开，可由不同的供应商提供产品

????????2) 模组合成： MMIC 与 DSP 集成，或者 DSP 与 MCU 集成

????????3) SoC 集成： SoC(SystemonaChip)是指将多个电子元件、模块或者子系统集成到一块芯片上的技术。这里指将 MMIC ， DSP ， MCU 集成在雷达 SoC 芯片上。

????????低成本、小型化、高性能、低功耗是 SoC 集成最大优势，也符合车载 4D 毫米波雷达未来的发展趋势：

????????1) 高集成带来的直接优势就是高性价比，因为可以用单 SoC 方案解决以前用三个子系统组成的毫米波雷达传感器，这显著降低了毫米波雷达的成本，大幅拉低了车载毫米波雷达硬件的开发难度。

????????2) 将各个部件集中在一块芯片上，可以减小毫米波雷达体积。

????????3) 各部件排布更为紧密，有效较少了各部件之间信息传输的损耗，提高了信息传输效率。

图表 22 ： 系统：分立 - 模块合成 -SoC 集成

图表 23 ： 4D 毫米波雷达系统

图表 24 ： 德州仪器（ TI ） AWR1642 毫米波雷达芯片的高级架构框图