2021年4月2日学术研究人员利用 GlobalFoundries 的技术来提高汽车雷达系统的范围、分辨率和视场角，这是汽车行业的一项关键需求。 作者：加里-达加斯丁 自1999年以来，汽车雷达已经取得了长足的进步，当时梅赛德斯-奔驰公司称其为"教会了汽车去看"。那时，梅赛德斯推出了第一个商业化部署的基于雷达的自适应巡航控制（ACC）系统，即DISTRONIC系统，该系统最初作为特定车型的选项。 当然，如今自动紧急制动系统已成为许多新车的标准配置，但它远非唯一的汽车雷达应用，而且更多的雷达应用还在不断涌现。现代汽车可能会配备多个不同的雷达，用于自动紧急制动、盲点监测、变道辅助和其他高级驾驶辅助系统（ADAS）功能。在不远的将来，雷达功能的增强将带来更复杂的安全系统和更多的自动驾驶汽车。 作为全球领先的半导体制造商之一，GlobalFoundries (GF) 提供功能丰富的解决方案，帮助客户为汽车雷达等高增长细分市场开发无处不在的芯片。GF 用于该应用的一系列平台 - 22FDX™、射频 CMOS 和 SiGe BiCMOS - 具有无与伦比的射频/毫米波性能、出色的数字处理/集成能力和超低功耗运行。这些产品由全面的端到端服务提供支持，可满足汽车行业对性能、可靠性、质量、封装和测试的苛刻要求。 GF 的汽车、工业和多市场（AIM）业务部门是其汽车雷达解决方案以及物联网和工业雷达应用（如交通监控和工厂自动化）的总部。(手机运动感应雷达是 GF 移动和无线基础设施业务部门的重点）。 鉴于汽车雷达的发展和重要性，Foundry Files 采访了 GF 的 AIM 首席技术官 Pirooz Parvarandeh 和他的同事、AIM 的雷达和毫米波系统首席技术官 Farzad Inanlou，讨论了该领域未来的技术要求。 GF满足这些要求的策略包括通过GF的大学合作计划与关键的学术研究人员进行合作。我们最近讲述了这一计划是如何推动6G无线通信技术的发展。现在，为了了解GF的解决方案如何推动汽车雷达的进步，我们还采访了GF的学术伙伴Sorin Voinigescu，他是多伦多大学的教授，也是世界上领先的高频电子专家之一。 范围、分辨率和视野是关键 GF 的 Inanlou 说，测距、分辨率和视场是汽车雷达系统的主要要求，要实现行业目标，就必须在所有方面做出重大改进。"他说："测距，即雷达能看到汽车前方多远的距离，是汽车速度的函数，到本世纪末，我们需要将系统的测距从现在的约 150 米提高到 300 米，以满足拟议中的 ADAS 系统的需求。 "与此同时，我们还需要更高的分辨率来更好地分辨物体，就像激光雷达所做的那样。激光雷达是一种基于光的互补系统，目前可以比雷达更真实地识别物体，但在大雨或大雾等视觉环境恶化的情况下效果不佳。他说："用雷达取代激光雷达是可取的，因为激光雷达技术往往更笨重、功耗更低、成本更高。 "最后，为了在汽车周围建立一个完整的保护区，我们需要有一个大得多的视野，或者说能够从各个方向观察汽车周围的情况。这就需要在整个车内安装多达 10 个不同的雷达。 需要：更高层次的整合 此外，还需要与 CMOS 设备进行更多的集成，以制造出功能更强、极其可靠、高能效和体积小的汽车雷达。 Parvarandeh 说，更高的集成度将带来全新的功能，并为汽车制造商带来新的机遇。"假设你前面的车突然停了下来。他说："除了自动紧急制动之外，下一个技术里程碑是能够环顾四周，计算汽车是否可以绕过它，同时考虑到可用时间以及汽车附近的交通或其他障碍物。"他说："这不仅对安全非常重要，而且还能为汽车制造商提供一项新功能，用来吸引客户。 事实上，最近宣布的GF与一级汽车供应商博世之间的协议说明了高度集成的汽车雷达系统的重要性，博世选择GF作为其开发下一代毫米波（mmWave）汽车雷达系统芯片（SoC）的合作伙伴，部分原因是GF的22FDX射频平台的广泛功能集成能力。 "Parvarandeh 说："目前，汽车雷达的工作频率为 80 千兆赫，高于蜂窝频率，您希望将这些毫米波频率与高性能数字 CMOS 功能放在同一芯片上，因此 22FDX 平台应运而生。 "他说："低功耗运行也至关重要，这不仅是因为能效是可取的，还因为高功率设备会发热，而这些设备在车内的位置对能否有效散热起着重要作用。"热量会影响可靠性，未来我们预计会有更多的电子设备安装在车门和其他很难散热的位置，因此像 22FDX 这样的高能效解决方案是必须的。" 虽然 GF 的 22FDX 解决方案系列已经实现了低功耗下的高性能，但 Inanlou 表示，GF 已经制定了技术路线图，以实现更高的性能、工作频率和集成度，以及 SiGe 技术中尽可能高的 Ft 和 Fmax 性能。 这就是与 Voinigescu 教授和其他人建立合作伙伴关系的原因。"伊南卢说："目前，我们正在与全球八位教授合作，他们正在对下一代雷达进行重要研究。"这些合作非常重要，因为它们为我们的技术提供了整体参考设计和验证点，补充了我们内部团队正在开展的工作，而我们内部团队的毫米波参考设计工作往往是根据行业需求和规范量身定制的。 世界高频电子专家 Voinigescu 教授从 20 世纪 80 年代初就开始接触高频电子技术，当时他还是罗马尼亚理工学院的一名本科生，协助他的教授开发了一个 10 GHz 无线电项目，用于远距离连接计算机。"当时我们使用的是微波波导和分立二极管，而不是集成电路电子器件。我们把这些三米宽的巨大天线安放在建筑物的顶部，用来发射和接收信号，而我似乎总是在上面试图对准它们"。 他继续说："我一直对无线和光纤技术很感兴趣，因为我认为这些技术对我们的生活方式已经并将变得更加必要。事实上，我的看法是，继续在这些领域取得进步就好比遵循摩尔定律，只不过与摩尔定律不同的是，不断进步所带来的技术和经济效益不会终结。 Voinigescu 在多伦多大学获得博士学位后进入北电网络公司工作，在那里他率先为使用 SiGe 等新兴半导体技术制造的无线和宽带光纤收发器采用最先进的建模方法。离开北电网络后，他与他人共同创办了 Quake Technologies Inc. 作为IEEE会员，他获得了许多行业和加拿大的奖项，他在多伦多担任教授近20年，主要研究毫米波和100+Gb/s集成电路，原子级半导体技术，最近还研究了量子计算，他利用22FDX技术在高达200GHz的频率下操纵量子比特。 他有十几名博士生，他们的研究成果赢得了无数赞誉，他的实验室也是学术界设备最齐全的实验室之一，可以测试和鉴定频率高达 750 GHz 的设备和电路。 "没有硅，我们将一事无成 多年来，Voinigescu 一直与 IBM 合作开发 SiGe 技术。几年前，GF 收购了 IBM 的半导体部门后，这种合作关系不仅得以延续，而且还得到了扩展。 值得注意的是，Voinigescu 还与 GF 的 22FDX 平台合作伙伴博世建立了长期合作关系。"他说："我的团队长期与博世的研究小组合作开发用于 80-240 GHz 收发器的 SiGe BiCMOS 器件，这种合作一直持续到今天。 Voinigescu 说，他承担的大多数传感器项目（如汽车雷达应用）的频率范围都在 60-160 GHz 之间，而他现在几乎只使用 22FDX 技术。"他说："FDX 有一个独特的功能，可以让我们做一些否则会非常困难或耗电太多的事情。"事实上，FDX 有一个后栅极，可以让你集成新的功能或提高电路速度，而不会增加功率负担，这就延长了器件的使用寿命，因为热问题较少。 "随着数字化程度的提高，大量的信号处理都必须在一个芯片上完成，因此，如果你采用 22FDX 这样的 CMOS 解决方案，而不是使用砷化镓、InP 或其他技术，你将享受到更多的数字功能和控制、功率优势，并有机会在向更高频率发展的同时保留这些优势"。 他举例说，他正在使用 22FDX 平台开发一种汽车雷达系统。这是一款 80/160 GHz 双极化收发器，与竞争对手的设计相比，性能更好，相位噪声高出 6-10 dB。 "没有硅，我们什么都做不了，"他说。 富有成效的合作伙伴关系 沃伊尼格斯库说，他非常感谢与 GF 在 22FDX 平台上的合作。GF 为他提供了 22FDX 技术以及必要的支持和指导。他和他的学生们针对不同的应用，在超过 100 GHz 的频率下对技术进行鉴定，并与 GF 分享结果。 "他说："要完成这项工作并不容易，但我们已经在 100 GHz 以上的频率验证了我们的模型。"当人们看到我们的工作时，就会发现 22FDX 平台是一项极具吸引力的技术。这对我的研究团队、GlobalFoundries、他们的客户和整个行业来说都是双赢。
