用于汽车雷达系统的240GHz硅收发器

indie Semiconductor，www.indiesemi.com

标准普尔全球移动通信公司预测，利用摄像头和雷达进行车内监控的商机将从2022年的9,300万美元增长到2029年的9.08亿美元¹。为支持这一增长，雷达传感器正被部署到汽车应用领域，为汽车制造商挖掘新的机遇。

在汽车市场，雷达被广泛应用于高级驾驶辅助系统和自动安全功能的中长距离传感解决方案中。这些功能包括自动紧急制动、自适应巡航控制和盲点检测，利用的频率在76-81GHz之间。随着雷达解决方案供应商寻求部署太赫兹频谱，这将释放出更高分辨率和更高精度的车内传感功能，以补充基于摄像头的解决方案，从而实现具有挑战性的驾驶员和乘员监控系统（DMS/OMS）应用，如生命体征检测（VSD）。

Indie Semiconductor提供全球首款商用全集成雷达前端（RFE）SoC收发器TRA_240_091。其工作频率为240GHz，大大高于传统的汽车雷达系统，为汽车制造商提供了一个具有高分辨率、更强检测能力和稳健性能的雷达解决方案。

产品设计

TRA_240_091的可级联RFE结合了240GHz工作频率和高达45GHz的带宽，采用低成本QFN封装。该SoC专为244-246GHz免许可ISM频段及更高频段的应用而开发，可作为带片上或片外压控振荡器（VCO）的单通道收发器运行，也可作为带多个同步器件的阵列运行。最大传输距离可达数米，具体取决于芯片顶部的透镜孔径。

如图1所示，硅基解决方案包括一个VCO、除8分频器、SPDT开关、9倍频器链、倍频器、混频器、低噪声放大器、功率放大器、天线/耦合器和集成天线。从理论上讲，240GHz的工作频率相当于自由空间中1.25mm的测量精度；45GHz的带宽可使雷达在空气中的测距分辨率达到6mm，对于折射率大于1的材料，测量精度更高。这是因为测距分辨率与材料的折射率成反比。

图1：TRA_240_091功能框图。

不断发展的汽车雷达应用

利用更高的频率（120-140GHz），雷达技术正在迅速为汽车应用找到新的用例和机会，包括DMS/OMS应用，如VSD。VSD提供了一种非侵入式的方法来连续监测乘员的生理参数，如心率或呼吸频率。通过基于雷达的车内传感，车辆可以监测驾驶员的警觉性，如昏昏欲睡或心率剧增。它还能监测乘客的存在，如后座上有熟睡的婴儿，并启动关键的安全响应和警报，从而降低乘员受伤或其他道路使用者发生事故的几率。TRA_240_091还设计用于支持手势控制等驾驶员便利功能。

作为一款带有片上天线的集成收发器电路，TRA_240_091无需外部天线。这大大简化了应用开发，精简了印刷电路板设计，并最大限度地减小了尺寸和成本。这一点在一些应用中尤为重要，因为在这些应用中，外部天线会带来设计上的限制，这对于汽车制造商和希望汽车内饰美观的消费者来说是不可接受的。

240GHz雷达的超高精度还可支持快速涌现的新型车辆动力学和监控应用。最初的用例预计包括评估和控制卡车和其他重型车辆基于空气弹簧的悬挂设置，为机械系统提供成本更低、精度更高的替代方案。频率为240GHz的雷达系统还可支持对油箱油位的精细监控以及实时路面质量和危险评估，从而动态调整行驶质量。

工业传感应用

虽然汽车应用带来了巨大的商机，但indie的240GHz解决方案也能轻松应对工业太赫兹应用，据Mordor Intelligence估计，到2028年，这将是一个价值18亿美元的商机。² TRA_240_091的架构意味着它也非常适合各种工业传感用例，包括非导电材料的厚度测量、非破坏性材料分析、成像、在线检测和液位测量。240GHz雷达的超高分辨率和带宽优势还可支持生产线末端的产品质量应用、储罐液位监测、表面检测和安全扫描仪。

模拟RFE芯片可在振动测量等应用中用作独立的前端，并可与基于人工智能的处理程序轻松集成。这种方法有助于识别意想不到的模式，并在问题发生之前进行预测。该设备还可灵活扩展到大规模MIMO阵列，用于成像和扫描应用，所有这些都使用相同的组件。

结论

用于现有和新兴汽车及工业传感用例的雷达技术为市场带来了独特的多功能性和坚固性。通过探测性能、高分辨率能力以及在低能见度天气条件下的运行能力，雷达可增强安全性能、提高车辆效率、降低成本并实现小型化，从而为汽车制造商提供经济实惠的解决方案。

TRA_240_091可无缝集成到indie的多模式产品组合中，包括激光雷达、超声波传感器和摄像头系统。这种多模式方法可确保配备indie传感器的车辆具有强大的传感能力，从而提供更全面的环境视图，并提高整体安全性和性能。

参考文献

1. “Automotive Semiconductor Market Tracker – March 2024,” S&P Global Mobility, April 1, 2024, Web: autotechinsight.ihsmarkit.com/shop/product/5003493/automotive-semiconductor-market-tracker-march-2024.

2. ”Terahertz Technology Market Size & Share Analysis - Growth Trends & Forecasts (2024-2029),” Mordor Intelligence, Web: mordorintelligence.com/industry-reports/terahertz-technologies-market.