利用创新电子产品增强司机的视力、感官和反应能力
今天的ADAS功能是由包括摄像机、雷达和激光雷达在内的一系列传感器技术实现的。设计人员现在可以高效地开发出诸多先进的安全功能，比如正面碰撞告警、盲区检测、行人检测和自动驾驶功能。摄像机被广泛用于物体识别，而采用射频电磁波的雷达则被用于测量距离。激光雷达使用激光束测量距离，也可以用于识别物体。扫描激光雷达系统可以用来检测道路上或道路旁的物体，并且能够填补使用雷达和摄像机时存在的已知盲区。 当我们去考虑即将融入到现代汽车中的所有不同推荐电子产品时，驾驶时的安全性首当其冲。在今天的汽车中我们喜闻乐见的电子功能有很多，比如包括数字音响在内的豪华音响系统等，但在保护司机和乘客以及行人、其他汽车、司机和车外财物时，我希望近期能看到更多的专业电子技术。碰撞缓解系统可以拯救无数人的生命，防止人们受伤，确保更少的财产损失，还能使保险费持续下降。 虽然我们在走向自动驾驶汽车的道路上还没有做好技术准备，但我们近期在汽车中却能拥有安全电子产品。雷达、激光雷达和摄像机视觉集成在现代汽车中正变得越来越价格合理。 下面讨论一下在雷达和激光雷达系统方面，即将进入到现代汽车中的先进电子系统。我们先从TI公司最近刚刚发布的最新创新之一——面向汽车和工业应用的最新毫米波（mmWave）传感器开始。 先进驾驶辅助系统（ADAS） 今天的ADAS功能是由包括摄像机、雷达和激光雷达在内的一系列传感器技术实现的。设计人员现在可以高效地开发出诸多先进的安全功能，比如正面碰撞告警、盲区检测、行人检测和自动驾驶功能。摄像机被广泛用于物体识别，而采用射频电磁波的雷达则被用于测量距离。激光雷达使用激光束测量距离，也可以用于识别物体。扫描激光雷达系统可以用来检测道路上或道路旁的物体，并且能够填补使用雷达和摄像机时存在的已知盲区。 毫米波雷达 增强驾驶安全性从而避免事故发生要求我们检测车外物体的距离、速度和角度。理想情况下我们希望系统能够在雨、雾、灰尘、光亮和黑暗等恶劣环境条件下正常工作，而真正出彩的附加功能是能够穿透玻璃、塑料和其他材料的多样性检测能力，并且能够满足车内或车上的系统性能和布局要求。从我可以见到的当今技术来看，只有毫米波能够满足所有这些条件。 我对于行业内毫米波技术性能的快速改进感到非常乐观，因为在即将到来的5G通信标准中，毫米波也是一个关键需求。像波束控制等创新正是5G给毫米波带来的额外好处。 当然，毫米波技术已经推出来很长时间了，特别是在通信行业。然而，这种技术在汽车和工业领域应用还缺少一些关键的性能。对设计人员来说需要有更高的精度、更小的尺寸、更低的功耗和更快的上市时间。今天的毫米波技术很复杂，一个系统需要采用多芯片的解决方案，比如发射器、接收器、ADC/DAC、处理器和放大器。 TI公司毫米波雷达解决方案 TI正在开发一种单芯片的毫米波解决方案，工作在76-81GHz频谱，其射频电路、微控制器、DSP和接口都集成在一颗裸片上。这种解决方案中最值得称道的地方是，从一开始设计就考虑了汽车应用。我采访了TI公司雷达部门的总经理Sameer Wasson，他向我详细介绍了TI公司最新的IC系列产品。 实际上这是一个5芯片的产品组合，设计人员可以方便地从中选出适合他们系统架构的特定产品。当然，快速上市和鲁棒性的设计是必需的，TI在这方面从未落后：设计和开发工具也非常丰富，比如mmWave Studio软件、mmWave在线培训、单一软件开发套件/通用软件以及诸如评估板和参考设计等开发工具。 我从未停止过对IC设计人员能向低功耗、高性价比的微型CMOS芯片中集成什么感到惊讶。在本例中还是个很高频的IC。TI的Kilby Labs创新一直是业内电子设计人员的助推器。先进的混合信号电路、超低功耗的晶体管以及如此多的独创性使得这些IC在电路设计人员的手中熠熠生辉。 中长距雷达 第一款IC是用于中长距雷达的AWR1243射频芯片，可用于汽车紧急制动、自适应巡航控制和自动高速行驶。 接近传感 接下来是带射频和微控制器的AWR1443，用于实现乘员检测、人体传感器、车内手势识别和司机监视等应用中的接近传感。 超短距和短距雷达 最后还有包含射频、微控制器和DSP处理器的AWR1642，用于超短距和短距雷达。这样的应用包括盲区监视、车尾碰撞避免/告警、变道辅助、行人/自行车检测、碰撞避免、十字路口交通提醒、360?全景和停车辅助。这个IC可以检测以车辆为中心半径为100m范围内的环境。正是这种功能实现了自动驾驶。这个IC包含DSP、带CAN和CANFD的RAM，可以实现车辆周围精确的3D网格创建，从而实现不同的辅助和安全功能。 动态多模操作 通过在汽车系统中整合AWR1243、AWR1443和AWR1642，设计人员可以建立一个动态的多模操作系统，其中的传感器能够从餐车场景切换到高速行驶、低速操控和停车场景。传感机制必须随着行驶条件而改变——行驶条件从高速公路到城市道路或停车场是不同的。这些传感器能够每隔几毫秒进行重新配置，以适应这些不同的动态区域。这些传感模式从几毫米到几百米不等，以便适应静止物体或速度高达300km/h的移动物体（图1）。
图1：这些IC解决方案可以帮助汽车行业的电子设计人员实现符合2级自动化及以上传感需求的雷达传感器。 ADI公司雷达解决方案 2017年2月，亚诺德半导体（ADI）公司发布了Drive360 28nm CMOS雷达技术平台。该平台所采用的成熟的ADAS、MEMS和雷达技术产品组合在过去20年中已被广泛用于整个汽车行业。 2017年4月，名为Renesas Autonomy的ADAS平台被推出。与此同时，ADI公司宣布与瑞萨公司合作开发一款系统级的77/79GHz雷达传感器演示装置，可用来改进ADAS应用。目前ADI公司已有一款24GHz的SiGe BiCMOS芯片组，但他们正在计划开发一种面向未来的7x GHz RF CMOS系统解决方案。“蛙跳游戏”将会继续。 激光雷达 最近我采访了ADI公司汽车安全部门的总经理Chris Jacobs。Jacobs告诉我，ADI解决方案在过去20年中利用其电子与传感器技术挽救了许多生命。该公司的惯性MEMS传感器被设计进了气囊技术（从1993年开始，和ADXL50 MEMS器件一起）和电子稳定性控制应用（图2）。
图2：ADI公司如今在高性能MEMS、射频/毫米波以及光子/光学技术领域拥有核心竞争力。 在过去15年中，ADI公司的24GHz和77GHz汽车雷达战果辉煌，在2016年11月又收购了Vescent Photonics公司的固态激光束控制技术，因此在高性能MEMS、射频/毫米波（通过收购Hittite公司）以及光子/光学技术领域拥有核心竞争力。
图3：雷达性能重要的原因。 带波束控制的ADI激光雷达 随着ADI公司收购Vescent Photonics公司的非机械式固态激光束控制技术，激光雷达系统变得更紧凑更具鲁棒性，并成为汽车中一个更加实惠的功能。 设计人员希望所实现的扫描系统能像司机的眼睛一样工作，使用智能自适应扫描技术完整地浏览感兴趣的窄/高分辨率区域，并模仿具有动态视野（FOV）的人类司机眼睛，进而优化数据总线的使用。 现在固态扫描系统无需活动的机械部件就能实现（图4）。
图4：距离可达70m的电压可调模拟折射专利技术。 图4展示了二维液晶（LC）波导控制的波束架构的工作原理。电极可以做进波导平面内的棱镜中。为了控制光束，棱镜折射率可以以相对周围区域的折射率进行调整。在非正常界面，折射率可以通过Snell定律进行调整。 这种架构支持精密的实时映射，可用于先进的碰撞检测和自动驾驶应用。激光雷达可提供距离和物体识别数据，而成为传感器融合架构中的核心元件。激光雷达设计提供连续扫描，并且不会有盲点。 Velodyne公司的Velarray激光雷达传感器 Velodyne公司最近发布了一款小尺寸的Velarray激光雷达传感器。这种新器件可以嵌入自动驾驶汽车和ADAS系统，还可以与自适应巡航控制一起使用。
图5：Velarray激光雷达传感器。 这种新的激光雷达传感器采用了Velodyne公司的专利ASIC（专用集成电路），可以以125×50×55mm的小封装尺寸提供高性能，可嵌入汽车的前面、侧面和各个角落（图6）。
图6：Velodyne公司小型ASIC尺寸。
图7：Velarray传感器功能。
这种传感器可以提供水平方向达120?和垂直方向达35?的视场角（FOV），即使是对低反射率的物体也能达到200m的探测距离。Velarray传感器可以达到汽车完整安全性等级ASIL B，支持L4和L5自动驾驶汽车和具有ADAS功能的汽车的安全操作。当大批量生产时，目标价格为数百美元。 巴塞罗纳国际汽车展 我想回顾一下在2017年5月举办的有趣的欧洲汽车展会——巴塞罗纳汽车展。这次展会突出了联网街区的概念——这个区域可以为活动参与者提供第一手机会，来测试在汽车领域中发展的最新技术。联网街区有四个主题：“自动驾驶”、“电子移动”、“联网汽车”以及“虚拟现实”。下面介绍其中的两个主题： 体验1：使驾驶变得更轻松 在这个环形线路上，参观者可以有15分钟的时间测试最新的前沿技术，包括：泊车辅助、紧急制动、信息娱乐、盲区信息系统和交通信号识别等。 体验2：电子移动 参观者可以在“联网影院”这个区域测试电动汽车，并参加投资自动驾驶系统的品牌公司提供的展示和音视频展览。 图10是1929年第一届巴塞罗纳汽车展上拍摄的老照片。该展会创建于1919年。
图8：1929年举办的第一届巴塞罗纳汽车展。 参与联网街区试验的品牌公司有本田、现代、起亚、梅赛德斯奔驰、SEAT、Smart和丰田，合作方是Servei Català de Trànsit。 我确实还没有准备好坐进任何类型的自动驾驶交通工具——不管它是行驶在美国亚利桑那州沙漠或纽约城市道路上的汽车，还是在迪拜上空飞行的无人机，但我的下一辆汽车肯定要有全部的ADAS功能，而且最好还是辆电动汽车。 本文转载自电子技术设计。 推荐阅读：用RFID做无人便利店面临四大技术硬伤从电报到5G 从甚低频到太赫兹 细数无线电频谱发展史相控阵天线和波束成形在无线通信中找到新用武之地如何使微处理器的PWM频率和分辨率翻倍眼球追踪技术面临四大难题，下一步应该这样走？
