毫米波雷達(dá)因其透射和繞射性能優(yōu)異，不受雨雪、霧霾等天氣、環(huán)境因素影響，是結(jié)合LiDAR和攝像頭等實(shí)現(xiàn)汽車智能化的關(guān)鍵傳感器。隨著ADAS系統(tǒng)逐步下沉至入門級(jí)車型以及自動(dòng)駕駛的快步推進(jìn)，第三方調(diào)研機(jī)構(gòu)DIGITIMES數(shù)據(jù)稱，2017-2022年車載毫米波雷達(dá)（含短中距和長(zhǎng)距）市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)42%，并將于2022年達(dá)到近160億美元規(guī)模。

圖1.2017-2022年主要車載傳感器市場(chǎng)規(guī)模

想象一下，當(dāng)路上來來往往的汽車?yán)走_(dá)一刻不停地向外發(fā)射射頻信號(hào)，密密麻麻的無線電頻譜猶如細(xì)細(xì)編就的大網(wǎng)，雷達(dá)干擾的可能性必將激增。但是，車載雷達(dá)出現(xiàn)“致盲”或是“幻影”將導(dǎo)致駕駛安全出現(xiàn)隱患，因此雷達(dá)傳感器必須有很強(qiáng)的射頻信號(hào)接收、處理能力，保證不輕易被干擾的高可靠性。

受益于多年來在射頻信號(hào)鏈上的深厚積累，高性能模擬技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商ADI公司的多款雷達(dá)接收路徑AFE、接收機(jī)下變頻器、頻率合成器、鎖相環(huán)、單片微波集成電路(MMIC)等在業(yè)界汽車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)中有著非常廣的應(yīng)用。近年來,ADI公司基于獨(dú)特的28nmCMOS技術(shù)打造的多款射頻領(lǐng)域核心產(chǎn)品，在帶寬、功耗和動(dòng)態(tài)范圍關(guān)鍵性能上都大幅增強(qiáng)，為高可靠性汽車?yán)走_(dá)解決方案提供了新的選擇。

毫米波雷達(dá)兩大類干擾分析

目前汽車領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要基于FMCW技術(shù)，即發(fā)射并接收調(diào)頻信號(hào)，而后根據(jù)收發(fā)信號(hào)之間的頻率差來確定目標(biāo)的位置以及相對(duì)速度，拒絕式或欺騙式干擾是其主要面對(duì)的干擾類型。比如，當(dāng)車輛試圖檢測(cè)正前方的目標(biāo)車輛時(shí)，側(cè)前方相向行駛車輛發(fā)出的雷達(dá)信號(hào)可能對(duì)其產(chǎn)生干擾，致使目標(biāo)車輛被檢測(cè)到的概率降低，或是檢測(cè)到實(shí)際并不存在的目標(biāo)等，從而影響車輛對(duì)周邊環(huán)境的認(rèn)知、做出錯(cuò)誤判斷，最終危害駕駛安全。下圖為典型的迎面而來的汽車干擾示例，這些干擾可能源于汽車?yán)走_(dá)之間無意的相互干擾，或者是人為故意的——只需要使用廉價(jià)硬件簡(jiǎn)單地將強(qiáng)連續(xù)波(CW)信號(hào)攻擊車輛雷達(dá)即可。

圖2.a)FMCW拒絕式干擾；b)FMCW欺騙式干擾

不管是拒絕式干擾導(dǎo)致識(shí)別不出真實(shí)目標(biāo)，還是欺騙式干擾導(dǎo)致誤認(rèn)為存在虛假目標(biāo)，都意味著汽車?yán)走_(dá)失去準(zhǔn)確追蹤真實(shí)目標(biāo)的能力，都是不可忍受的。目前，基本的雷達(dá)干擾緩解技術(shù)主要依賴于避干擾方法，即通過降低空間、時(shí)間和頻率重疊的可能性以避免與其他雷達(dá)意外同步，保證雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

28nmCMOS先進(jìn)工藝提升護(hù)盾值

隨著汽車智能化浪潮洶涌，城市道路上的車載雷達(dá)將越來越多，高工智能產(chǎn)業(yè)研究院（GGAI）預(yù)計(jì)，到2020年全球量產(chǎn)新車至少有超過20%安裝毫米波雷達(dá)。為應(yīng)對(duì)大大增加的毫米波雷達(dá)受干擾可能性，業(yè)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)廠商紛紛尋求更高性能的解決方案。以ADI公司為例，其基于28nm CMOS工藝的制造優(yōu)勢(shì)，探索RF器件在帶寬、功耗、動(dòng)態(tài)范圍和信號(hào)頻帶等關(guān)鍵性能上的更優(yōu)表現(xiàn)，以滿足包括航空電子、雷達(dá)、汽車ADAS、無線基礎(chǔ)設(shè)施等多種應(yīng)用領(lǐng)域提出的新需求。

以ADI公司雙通道、14位、3GSPS高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)AD9208為例。這款模數(shù)轉(zhuǎn)換器專為千兆赫茲帶寬應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能夠滿足車載雷達(dá)應(yīng)用對(duì)更大偵測(cè)范圍和更高靈敏度的需求，同時(shí)十分適用于高頻譜效率的4G/5G多頻段無線通信基站應(yīng)用，還可達(dá)到多標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)儀器儀表降低運(yùn)行時(shí)間的目標(biāo)?；?8納米CMOS技術(shù)，AD9208可實(shí)現(xiàn)業(yè)界領(lǐng)先的帶寬和動(dòng)態(tài)范圍，覆蓋最多的信號(hào)頻段數(shù)。它還具有適用于分集射頻接收和I/Q解調(diào)系統(tǒng)所需的低噪聲頻譜密度的特點(diǎn)，且功耗極低。

在現(xiàn)如今越來越密集的射頻環(huán)境中，越來越多的雷達(dá)傳感器采用了彈性緩解技術(shù)，而彈性緩解技術(shù)則對(duì)雷達(dá)前端和量化部分所具有的動(dòng)態(tài)范圍提出了更高的要求。不管是對(duì)拒絕式干擾進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換濾波，還是對(duì)欺騙式干擾信號(hào)進(jìn)行相位編碼標(biāo)記，都需要雷達(dá)前端的信號(hào)處理器具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，而AD9208超高的動(dòng)態(tài)范圍完全能夠線性地處理干擾信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)，同時(shí)也能對(duì)相位編碼技術(shù)進(jìn)行有效支撐。

AD9208經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，支持那些可對(duì)高達(dá)5GHz帶寬的模擬信號(hào)進(jìn)行直接射頻采樣，ADC輸入的-3dB帶寬為9GHz。噪音密度-152dBFS/HZ。這款雙通道ADC內(nèi)核采用具有集成式輸出糾錯(cuò)邏輯的多級(jí)差分流水線架構(gòu)。每個(gè)ADC都具有寬帶寬輸入，支持用戶可選的各種輸入范圍。集成基準(zhǔn)電壓源可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。其模擬輸入和時(shí)鐘信號(hào)是差分輸入。ADC數(shù)據(jù)輸出通過縱橫多路復(fù)用器從內(nèi)部連接到四個(gè)數(shù)字下變頻器(DDC)。各DDC最多由五個(gè)級(jí)聯(lián)信號(hào)處理級(jí)組成：48位頻率轉(zhuǎn)換器、NCO以及最多四個(gè)半帶抽取濾波器。NCO允許在通用輸入/輸出(GPIO)引腳上選擇預(yù)置頻段（最多可以選擇三個(gè)頻段）。通過SPI可編程配置文件，可以在多個(gè)DDC模式之間選擇AD9208的操作。

ADI合作伙伴Astyx在CES2019上展示基于28nm CMOS RADAR MMIC汽車?yán)走_(dá)裝置。

除了DDC模塊外，AD9208還配備了其他多種功能以簡(jiǎn)化通信接收器中的自動(dòng)增益控制(AGC)功能。通過使用ADC的寄存器0x0245中的快速檢測(cè)控制位，可編程閾值檢測(cè)器可以監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的功率。如果輸入信號(hào)電平超過可編程閾值，快速檢測(cè)指示器會(huì)變?yōu)楦唠娖?。由于此閾值指示器具有較低的延遲，用戶可以迅速調(diào)低系統(tǒng)增益，從而避免ADC輸入端出現(xiàn)超量程現(xiàn)象。用戶還可以根據(jù)DDC配置和接收邏輯器件的可接受線速，在各種單線、雙線、四線和八線配置中配置基于子類1JESD204B的高速串行化輸出。

總的來說，AD9208有極高的采樣速度，可幫助車載雷達(dá)設(shè)計(jì)工程師簡(jiǎn)化前端濾波，降低接收機(jī)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度；同時(shí)，由于可實(shí)現(xiàn)5GHz以上寬帶信號(hào)的直接RF采樣，靈活性更高，可省去混頻器，通過內(nèi)部時(shí)鐘分頻器和可選RF時(shí)鐘輸出等簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)總成本。

毫米波雷達(dá)的觸角繼續(xù)延伸

除了車外環(huán)境感知應(yīng)用，毫米波雷達(dá)還有極具想象空間的兩大應(yīng)用正在探索發(fā)展：工業(yè)機(jī)器人視覺，生理信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)。

在越來越智能的工業(yè)應(yīng)用中，人機(jī)協(xié)作和多機(jī)器人協(xié)作將逐漸成為主流。這要求機(jī)器人快速感知周邊環(huán)境，包括障礙物和相對(duì)距離等，并做出實(shí)時(shí)響應(yīng)。在包括汽車駕乘人員以及醫(yī)院和家庭護(hù)理中，毫米波雷達(dá)可通過監(jiān)測(cè)人呼吸過程中的身體關(guān)鍵部位的細(xì)微起伏來實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)識(shí)別。這兩大類應(yīng)用中，毫米波雷達(dá)因其優(yōu)異的繞射、透射性能，不會(huì)受限于視角，且相對(duì)成本更適中，因此比攝像頭、LiDAR等技術(shù)更適用。因毫米波雷達(dá)而變得更好的未來，值得你我期待。