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融合各项汽车安全特点,整合式雷达设计受青睐

日期:2018-07-10



自从安全气囊成为标准的安全配备后,过往20年来汽车安全性已有长足的发展。由安全带、安全气囊,以及碰撞侦测系统所定义的「被动式安全」已经逐渐演变成了「主动式安全」,如防死锁刹车系统(ABS)、电子稳定控制、自适应悬吊,以及侧滑/翻滚控制等。目前最新阶段则是「驾驶人辅助」安全功能,其中包括有自适应巡航控制(ACC)、盲点侦测(BSD),以及车道变换辅助(LCA)等。这些系统正被合并到汽车内的通讯系统当中,这将使汽车变得更具自主性与智慧化。



高整合雷达集各种安全特点于一身


雷达是一项具有前景的驾驶人辅助技术,其能够大幅降低意外的发生率与严重程度,特别是针对「驾驶人注意力分散」所导致的驾驶人死亡事故。过去,雷达仍只局限于飞机与豪华的汽车使用,但现在一般汽车中的应用也变得非常的重要,并逐渐开始普及。


对于设计厂商而言,最大的挑战是要如何将多种安全特点整合在一起,同时还能够符合汽车工业对于质量与成本的严苛要求,而这些目标并不会有所矛盾。为能够实现ACC以及其他以雷达为基础之侦测与回避应用领域,因此采用较小的封装,具有高整合度的系统也就衍生而出。此高整合度解决方案在芯片内建的信号调节功能,已进步到能让设计厂商针对不同驾驶状况所需要的设定加以编程,因此不论是市区交通或是高速公路等环境皆能适应,其所有功能都已可整合于单一封装中。


因此,雷达系统设计厂商现在有两种选择,即分离式组件或是整合式解决方案。由于电子装置的整合已在许多的工业领域进行中,例如医疗显像、通讯基础架构,以及消费性装置等,而现在则是轮到汽车雷达,对于该使用哪一种解决方案,设计厂商都有各方面权衡取舍的考虑。


整合式IC可兼顾尺寸与成本


雷达正在从豪华汽车的标准配备转变为中阶汽车的选项,并预计5年内将成为汽车广泛采用的安全特点之一。随着雷达价格趋近合理后,其在较佳的目标分类与大范围分辨率功能的优势带动下,对于模拟前端(AFE)的设计方案可带来相当好的效果,中阶汽车采用的步伐也会加快。而分离式组件虽然能够用来建立最佳的客户解决方案,不过建立一组采用分离式组件的雷达系统须花费很多时间,且占用更多的空间与成本。一组整合式IC可提供汽车生产厂商可能会需要的大部分特点,即使是ACC与BSD之类的多重应用装置,也只需要很少量的尺寸大小与成本。

想要在单一IC中拥有信号调节与数据撷取电路,现在已可实现了。例如,亚德诺(ADI)的AD 8283汽车雷达AFE将能够实现ACC、BSD、与LCA等基频平台的电路,并加以封装在一个10毫米(mm)×10毫米的单芯片当中。由于雷达传感器模块必须要安装在很小的隔间中,例如原本并不是设计用来安置这类型电子装置的保险杆后方,因此尺寸大小极为重要,通过整合式方案将可缩减至少一半的占位面积。相较于同性质的分离式组件,AD 8283能够减少占用50~80%的空间。


客户可完全依照自身需求自行建立一组分离式系统,但其成本将会过于昂贵,以致于无法在市场上取得优势。而整合式解决方案代表着雷达系统能够以更为合理的价格设置在更多的汽车上,使每个人都能够有更加安全的汽车。


可缩短产品上市时程


整合式解决方案具有数个内建创新功能,如可编程增益以及弹性化滤波器的整合式解决方案。这些特点实现平台设计方案,并且替所有的后续系统缩短上市时间。举例来说,滤波器必须要针对不同的驾驶人安全应用领域加以微调,分离式的设计会使滤波器的重新编程变得很困难,因此,设计厂商必须要实际的替换外部电阻与电容器,以便改变滤波的特性,具有可调节滤波器的整合式组件可解决此问题。所有的调节都是通过串联端口对芯片重新编程而加以完成。此工作甚至可在运行中实时完成,藉由快速实现多重世代而缩短设计的时间。


由于信道间具有良好的匹配,在单芯片中的多重信道也使设计厂商更易于使用,而对于驾驶人而言也容易上手,这是因为传感器拥有更为宽广范围的侦测功能。理想的雷达系统要能够以180度的视角感测汽车周边的物体,类似人类的视觉。配备同样多达六组信道的接收器系统,因为可接收更高数量的发射信号,能够以更好的角度分辨率实现此功能。这同时也意味装置可有更多时间专注于目标,以及具有更佳能力来解析近似尺寸的目标。此外,设计厂商也可利用分离式电子装置完成相同目标,但装置可能会略显笨重。


 最新的整合式解决方案会针对远距离或近距离自动修改雷达传感器特性。当发射出去的雷达信号回返至汽车时,设计厂商必须避免系统负载过度。若目标就在汽车的正前方,回返信号就会具有高振幅,因而必须加以衰减。假如前方的汽车距离400公尺远,而回返信号很弱时,微处理器就会持续的尝试将信号噪声比优化,以便协助辨识目标,并判定其位于视野中的何处,以及其距离有多接近,这些工作大部分都是通过可编程增益放大器(PGA)加以完成。而厂商虽然可利用分离式的低噪声可程序增益放大器来制作,但绝不会比通过与可编程滤波器相同的串联埠来控制PGA,来得容易与低成本。


雷达系统需求因地制宜


对整合式解决方案来说,考虑到雷达系统所需求的变异性时,弹性化就是一个引人注目的争议点。例如,在高速公路上与壅塞交通上的驾驶环境截然不同,而ACC停与走则需要较小的范围,但是高速公路上必须具备较大的视野与更快的反应时间,以便立即针对前方的交通进行调整,因此利用整合式解决方案的使用者可加以编程设定,让一个平台可在不同的运作状况下提供各种附加的性能,适应高速公路与壅塞交通的驾驶。


整合式解决方案可提供驾驶人更弹性的雷达系统需求,适应各种不同交通环境。


显而易见,使用整合式特定应用领域组件的解决方案可让设计程序更为简易,雷达系统具更小的基底尺寸,提供汽车驾驶人更安全的环境。
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