自動駕駛以及智能網聯已經成爲汽車發展的重要趨勢，而這些功能的實現，都離不開傳感器帶來的數據——這些數據越多，雲上系統可以提供的信息就越精準和可靠。以L4以上自動駕駛車爲例，至少要配備10個以上的毫米波雷達，來滿足不同的距離需求。對於毫米波雷達技術而言，除了需要進一步降低成本以外，小型化也是一個重要的發展指標。

77GHz毫米波雷達如今已成爲汽車電子中的主流，回憶其歷史，早在1990年初用的是砷化鎵（GaAs）工藝，一個砷化鎵毫米波雷達中需要至少配備7到8顆以上的芯片，這讓它的成本非常昂貴。到了2000年初，鍺硅（SiGe）工藝的發展大大提高了毫米波雷達的集成度，只需要2到5顆MMICs和1到2顆BBICs，該工藝也是目前較高端車型中普遍採用的量產77GHz毫米波雷達。

當然，SiGe的價格和體積還是不能滿足未來自動駕駛中，單車配10個以上毫米波雷達的需求，我們需要更加小型化和低廉的方案，CMOS工藝使得這一切成爲了可能。

CMOS毫米波雷達先行者

作爲全球最早使用CMOS來設計毫米波電路的公司之一，加特蘭微電子科技（上海）有限公司ASIC副總裁周文婷在日前舉辦的新能源與智能網聯汽車創新發展論壇上，接受了《電子工程專輯》的採訪。

加特蘭微電子科技（上海）有限公司ASIC副總裁周文婷

2015年開始研發，到2017年10月，通過兩年多的時間，加特蘭微電子發佈了全球首顆CMOS工藝77GHz毫米波雷達收發芯片。

爲什麼CMOS在早年沒被用於汽車毫米波雷達設計中呢？周文婷認爲，CMOS工藝在最近幾年纔可以工作在超高頻率中，從CMOS和SiGe兩個工藝的發展歷程就能看出，以180納米爲例，SiGe可以工作在180GHz以上，而CMOS只能達到40GHz，雖然摩爾定律不斷推動CMOS工藝發展，基本上每兩年就會有一個新工藝誕生，但一般射頻電路設計最大的功率頻率是FT的二分之一到三分之一，早年CMOS工藝只能工作在大概10GHz以下，大都用於消費市場。

直到工藝進步到40納米以後，當FT大於200GHz以上，用CMOS來做77GHz毫米波設計才成爲了

降成本，減尺寸，加速研發

CMOS帶來的一個最大好處就是成本降低，從毫米波雷達的造價構成可以看出，早年的砷化鎵的毫米波雷達當中，前端芯片的比例非常重，有7到8顆，它要佔整個成本的40%。到SiGe的時代，成本相對砷化鎵工藝來講下降了50%，同時射頻芯片部分的比例也降到了36%左右。

（Source:Calterah Semiconductor）

“到了CMOS時代，由於CMOS整個晶圓的價格是非常低廉的，因此整個比例又進一步下降。”周文婷表示，“CMOS相對於SiGe而言，整體造價又下降了40%，其次CMOS的集成度非常高，所以RF前端芯片佔比也下降了。砷化鎵工藝中需要7到8顆芯片，SiGe需要3到4顆，CMOS只需要一顆，因此大大降低了整個雷達模塊設計的複雜度和難度，也加速了整個設計開發的時間週期。”

（Source:Calterah Semiconductor）

因爲CMOS的工藝集成度高，所以它也使得毫米波雷達的小型化成爲了可能，因此CMOS工藝現在不但可以用於77GHz的設計，同時它的低成本和高精度的特性也符合了毫米波雷達未來發展的需求。

10餘年經驗累積，無人能及

2015年是CMOS毫米波雷達的元年，全球相關的半導體公司都在投資這個方向，但從進度上來說，加特蘭依然是領先的。

周文婷介紹道：“我們的主創人員是最早從事CMOS毫米波設計的一批，早在2000年出頭時就開始做全球第一個CMOS毫米波設計。一批科研人員經驗上已經積累10年以上，而不是等別人都起來了，我們纔開始做。比如一些廠家現在想從24G轉77G，而我們當時都是從60G轉到77G，這個跨度就小很多。”

加特蘭目前全球有90多家客戶，在國內車廠的前裝車上已經實現量產。除了車載77GHz這個領域之外，還有60GHz的芯片用在工業等行業市場。

產品細節

來看加特蘭這款全球首顆的CMOS工藝77GHz毫米波雷達芯片，和1元硬幣比起來也是非常小的，採用40納米CMOS工藝，FO-WLCSP封裝方式，把射頻端的損耗降到了最低，極大提升射頻性能。

（Source:Calterah Semiconductor）

芯片中集成2個發射通道、4個接收通道以及增益部分等，這樣一個單芯片就完全集成了之前SiGe幾個套片所達到的所有功能。發射通道最大輸出功率12dBm，接收通道可以輸出40到70dB以上的增益，噪聲係數只有12dB。

周文婷表示，加特蘭還在片上集成了很多功能單元模塊，例如溫度傳感器，鎖頻檢測器，每個發射端同時還可以支持20dB的功率可控，滿足不同應用的需求。在RX部分做了BIST電路，對於上層系統可以更好地滿足功能安全的需求。

另外一大特色就是低功耗，這款芯片主要電路都工作在1.1伏，包括前端的射頻電路，也包括了一些高頻電路。低功耗帶來的優勢就是工作溫度比較低，也對散熱系統帶來了很大的好處。下圖是用熱成像儀拍攝的，當這款芯片在25度環境溫度下開啓工作的時候，芯片節溫大概是在56度左右。

（Source:Calterah Semiconductor）

2017年10年發佈的第一款Yosemite產品後，加特蘭就開始量產，同時也量產了CAL77A4T8R，這個是二合一的封裝，可以提供4個輸出通道、8個接收通道，整個大小在6.8×9.8平方毫米的尺寸。兩款車載產品都已經通過車載AEC-Q100的認證。

（Source:Calterah Semiconductor）

新一代ALPS，滿足未來對毫米波雷達四大需求

而在3月21日，加特蘭又發佈了一款全新的ALPS系列毫米波雷達系統單芯片。ALPS系列芯片集成了高速ADC、完整的雷達信號處理baseband以及高性能的CPU核。此次發佈會上更是推出了集成片上天線的AiP(antenna in package)產品。

加特蘭微電子CEO陳嘉澍在發佈會現場表示：”過去兩年中，我們對毫米波雷達市場的需求進入了深入的調研，隨着智能駕駛的普及，整車對於毫米波雷達提出了更多、更高的要求，在技術層面，未來的毫米波雷達要滿足四個方面要求。“

第一、爲了擴大更大測試範圍，毫米波雷達需要實現更快速的掃描，相應的ADC需要更加的快速，以保證響應客戶需求；爲了給多傳感器提供豐富的數據，雷達的處理基帶需要變得更加快速；

第二、未來的毫米波雷達需要覆蓋長距、中距和短距，能夠在不同模式下實現自由切換，除了水平方向的方位探測之外，俯仰角的探測也將成爲毫米波雷達的必需功能；

第三、智能駕駛飛速發展，也給傳感器和毫米波雷達提出更高速度要求，未來的毫米波雷達開發和應用需要更加簡單、高效；

第四、作爲智能駕駛的核心部件，毫米波雷達必須滿足AEC-Q100的可靠性要求，同時功能安全，讓雷達具備錯誤自檢能力，傳感器數據更加可靠。”

同時，本次發佈會還發布了更具性價比的Alps 2T4R產品和60GHz SoC產品。這些芯片組成的家族平臺，將爲用戶提供從長距、中距到短距、超短距的全方位完整解決方案。該系列芯片都將在第2季度推出工程樣品，並於2019年內實現規模量產。