最受歡迎的新型傳感器之一：單芯片雷達片上系統(tǒng)(system-on-chip，SoC)，其在汽車中的廣泛采用大幅提高了銷量，從而促進了價格的下降。這些精密的IC器件對汽車制造商而言至關重要，對其它應用也同樣有很大的吸引力。在汽車應用領域，盡管IC器件將繼續(xù)占據(jù)主導地位，設計人員也在探索一系列新用途可以提高安全性和便利性。

誰能想到單芯片雷達呢?雖然現(xiàn)在多個制造商已經(jīng)設計制造出多種形式的單芯片雷達。大多數(shù)國家已經(jīng)開發(fā)出24GHz、76-81GHz、94GHz頻段的芯片。盡管連續(xù)波(continuous-wave，CW)和脈沖類型都是可用的，全球大多數(shù)國家都使用77MHz調(diào)頻連續(xù)波(frequency-modulated continuous-wave，F(xiàn)MCW)方案。其中一些器件由鍺硅(以下簡稱SiGe)制成，但是最新版本由互補金屬氧化半導體(以下簡稱CMOS)或雙極互補金屬氧化半導體(以下簡稱BiCMOS)組成。應用于汽車或其它行業(yè)的完整模塊由一些公司提供。單芯片雷達所具有的獨特功能使其在某些新應用中成為其它傳感器具有吸引力的替代品。

作為一款芯片上的雷達系統(tǒng)，大多數(shù)工程師傾向于根據(jù)其原始用途按認知對器件進行分類。但是，最好是將單芯片雷達視為另一種類型的傳感器。因此，當尋找一款能夠接近檢測物體、運動傳感，或進行物理測量的器件時，毫米波雷達意外當選。

圖1 調(diào)頻連續(xù)波的線性調(diào)頻信號通常用于76~81GHz頻段

雷達主要用于測量距離、方向(角度)和速度。例如警察用雷達測速，棒球運動場用測速槍(雷達槍)來測試棒球速度。芯片中的發(fā)射器(Tx)發(fā)射一個信號，然后該信號從遠程對象反射回來并返回到位于發(fā)射端的接收器。發(fā)射器信號在短時間內(nèi)頻率呈線性增加，被稱為線性調(diào)頻(見圖1)。線性調(diào)頻以所需的模式重復。

圖2展示了雷達收發(fā)機。返回信號的頻率在接收器(Rx)和發(fā)射頻率的混合中生成不同的中頻(intermediate frequency，IF)。中頻被數(shù)字化并用于確定移動和速度。芯片上的信號處理電路測量傳輸時間，并根據(jù)已知的無線電波速度計算距離。由于天線的高度方向性，可以檢測到位置(方位角)。調(diào)頻雷達也可以測量運動和速度。片上處理器負責計算，以提供精確的測量數(shù)據(jù)，靈活且可編程的傳感器，用于多種獨特應用。

圖2 單芯片雷達收發(fā)器的簡圖

雷達傳感器的應用

迄今為止，單芯片雷達的最大應用領域是汽車安全。雷達成為大多數(shù)汽車中先進駕駛輔助系統(tǒng)(advanced driver-assistance systems，ADAS)的核心。自適應巡航控制、自動剎車、后備箱物體檢測、盲點檢測、變道輔助、來車警告系統(tǒng)都采用了雷達技術。目標是減少駕駛員失誤，從而減少車禍次數(shù)和傷亡人數(shù)。目前為止，上述目標正在實現(xiàn)。事實上，這些新的子系統(tǒng)非常有效，因此政府正在強制所有汽車安裝先進駕駛輔助系統(tǒng)。

而且，雷達對無人駕駛汽車的成功而言至關重要。它們輔助先進駕駛輔助系統(tǒng)中的攝像頭、激光雷達(LiDAR)和超聲波傳感器檢測周圍的物體，并在車輛周圍生成合成視圖。雷達在惡劣天氣條件下尤為有用，即使在霧、雪、雨和黑暗的環(huán)境中也能工作，不會影響到攝像頭和激光雷達傳感器。處理器接收傳感器輸入，然后執(zhí)行人工智能算法以做出所有駕駛決策。

毫米波傳感器還能做什么?例子之一就是油箱中的液位傳感器。許多工業(yè)、過程控制和公共服務應用都需要用到某種形式的液位測量。

另一個較為有趣的用途是照明控制。雷達傳感器檢測到人或移動，在有人或物體時開燈，在空無一物的情況下關燈?？照{(diào)系統(tǒng)(HVAC)的使用也能從該方法中受益。毫無疑問，通過這種方法感知人體，能夠在建筑物、停車場和選定的街道節(jié)省大量的能源。

雷達也可以進軍機器人和無人機領域。一些制造機器人需要確定范圍、速度和運動，以實現(xiàn)工業(yè)自動化工廠和其它應用中的智能計時和機械臂定位。軍事偵察和武器機器人將有可能從想象轉為現(xiàn)實。此外，雷達可以使無人機變得更為安全，防止撞擊的同時幫助測量距離和高度。