關于駕駛員輔助系統(tǒng)中的雷達設計

一名25歲的男性駕駛員正在查看他的智能手機，這時，擁堵的車流開始移動。就在他踩下油門時，前方車輛由于擁堵而急剎車。眼看就要發(fā)生碰撞，幸好車載雷達系統(tǒng)以迅雷不及掩耳之勢介入進來，配有自動停車起步功能的自適應巡航控制系統(tǒng)檢測到前方汽車在減速，為了保持預先設定的車距并避免碰撞，決定立即停車。

自從安全氣囊成為標準安全配置以來的二十年間，汽車安全技術有了長足的進步。以座椅安全帶、安全氣囊和碰撞檢測系統(tǒng)為代表的“被動安全”，已發(fā)展為“主動安全”——防抱死（ABS）、電子穩(wěn)定控制、自適應懸架和舵角/側傾控制。最新階段是“駕駛員輔助”安全，包括自適應巡航控制（ACC）、盲點檢測（BSD）和車道變換輔助（LCA）。這些系統(tǒng)漸漸開始與車內(nèi)通信系統(tǒng)融合，使汽車更具自主性和智能性。

雷達是一項極具發(fā)展前途的駕駛員輔助技術。雷達系統(tǒng)能夠大大降低事故的發(fā)生頻率和嚴重程度，特別是那些與駕駛員分心相關的事故。在許多國家，汽車安全立法促進了行車安全，駕駛員死亡率降至歷史最低水平，同時推動了智能汽車的發(fā)展。直到最近，雷達還僅限于在飛機和豪華車內(nèi)使用，但現(xiàn)在它已成為普通汽車所關注的技術。

設計人員將要面臨的挑戰(zhàn)是如何集成多種安全特性，同時滿足汽車工業(yè)苛刻的質量和成本要求，這些目標并不是注定要發(fā)生沖突。有史以來第一次，高集成度系統(tǒng)源源不斷地生產(chǎn)出來，它將自適應巡航控制（ACC）和其它基于雷達的檢測與避碰應用全都集成在一個只有智能手機大小的極小封裝中。片內(nèi)信號調(diào)理技術的進步使得設計人員能夠根據(jù)不同的行車條件編寫所需的設置，無論是城市道路行駛還是高速公路巡航，所有功能都通過一個經(jīng)濟實惠的封裝實現(xiàn)。

因此，雷達系統(tǒng)設計人員現(xiàn)在需要做出選擇：使用分立器件還是使用集成解決方案。電子集成已在許多行業(yè)采用，如醫(yī)療成像、通信基礎設施、消費電子設備等，現(xiàn)在終于輪到汽車雷達領域。無論何種方案，設計人員都必須考慮其利弊。

尺寸和成本

雷達正從豪華車的標準設備變?yōu)橹袡n車的選配設備，預計5年后會成為汽車普遍采用的一項安全特性。普及的速度將隨著廉價雷達的推出而加快，同時雷達的目標分類將更完善，范圍分辨率將更高。模擬前端（AFE）的設計方法至關重要。

可以使用分立器件來構建頂級定制解決方案，而且總有一些完美主義者希望優(yōu)化每一個參數(shù)。但是，采用分立器件構建雷達系統(tǒng)需要花費更多時間，占用更多空間，成本更高。集成IC能夠提供汽車制造商想要的大部分功能，甚至包括ACC和BSD等多種應用，而其尺寸和成本只是分立解決方案的一個零頭。

現(xiàn)在已經(jīng)能夠將信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集電路全都集成在一片IC上。尺寸非常重要，因為雷達傳感器模塊必須適合安裝在狹小區(qū)域，比如減震器后方，這些區(qū)域并不是為容納此類電子裝置而設計的。采用集成解決方案，安裝面積至少可以減少一半。集成器件具有高性價比，同時能夠提供雷達系統(tǒng)設計人員所需的高性能水平。

您當然可以親手構建一個分立系統(tǒng)，使它正好完全符合需要，但成本可能高得嚇人，無法實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。集成解決方案意味著雷達系統(tǒng)能夠以更低的成本為更多的汽車所采用，從而在整體上提高所有車輛的安全性。

易用性

集成器件可以增加多項內(nèi)置創(chuàng)新特性，例如可編程增益和靈活的濾波器等。這些特性支持平臺設計方法，不僅能加快首個系統(tǒng)的面市時間，而且能縮短所有采用同一平臺的后續(xù)系統(tǒng)的開發(fā)時間。

例如，濾波器需要根據(jù)不同的駕駛員安全應用進行精密調(diào)整。分立設計難以對濾波器重新編程，為了改變?yōu)V波特性，設計人員必須手動調(diào)換電阻和電容。帶可調(diào)濾波器的集成器件則很容易解決這個問題，所有調(diào)整都是通過串行端口對芯片重新編程來完成。這種調(diào)整甚至可以即時完成，允許設計人員快速地進行多次調(diào)整，從而縮短設計時間。

同一芯片上的多個通道也有助于簡化設計，因為通道匹配精良，同時有利于駕駛員，因為傳感器的檢測范圍更寬。理想的雷達系統(tǒng)能夠檢測到汽車周圍180度視角范圍內(nèi)的物體，就像人的視覺一樣。配有6個通道的接收系統(tǒng)可以做到這一點，而且角度分辨率更佳，因為它能接收更多的發(fā)射信號。這意味著目標定位時間更加充裕，雷達解析目標近似尺寸的能力更強。設計人員雖然可以采用分立器件來完成同樣的任務，但結構可能比較臃腫。

最新的集成解決方案能夠根據(jù)距離的長短自動調(diào)整雷達傳感器的特性。在雷達信號反射回汽車時，設計人員必須防止系統(tǒng)過載。如果目標在汽車正前方，返回信號的幅度會非常高，必須予以衰減。如果目標距離汽車120m遠，返回信號將很弱，微處理器會不斷嘗試優(yōu)化信噪比，幫助識別目標，確定它在視野中的位置，以及它與汽車相距多遠。

許多此類功能都是通過可編程增益放大器實現(xiàn)。設計人員雖然可以使用分立PGA，但絕不會像通過與可編程濾波器相同的串行端口來控制的PGA那樣輕松和經(jīng)濟。

考慮到雷達系統(tǒng)要求的多變性，靈活性自然是集成解決方案的另一個誘人的亮點。高速公路ACC要求寬動態(tài)范圍，而ACC自動停車起步功能則要求較窄的范圍、更大的視野和更快的響應時間，以便根據(jù)前方交通狀況迅速應變。利用集成產(chǎn)品的用戶可編程設置，一個平臺就能在不同工作條件下提供增強的性能，適應高速公路和嚴重擁擠兩種行車狀況。

顯而易見，使用專用集成器件的平臺設計方法能夠簡化設計過程，縮小雷達系統(tǒng)的尺寸，更重要的是能夠讓更多廉價汽車更加安全。

作者簡介

Jeff Postupack是ADI公司汽車雷達市場部門的營銷經(jīng)理，Sam Weinstein是雷達模擬前端IC產(chǎn)品經(jīng)理。