ADAS需求持續增加，諸如主動式車距調節巡航系統(ACC)、自動煞車系統(AEB)等功能相繼在一般房車上出現；毫米波雷達的使用量也因此而大漲，成為兵家必爭之地。為此，汽車雷達供應商也紛紛推出新一代的解決方案，而互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程也趁勢而起，與BiCMOS製程二分天下。
雷達商機增 晶片商軍火競賽再起
汽車雷達需求持續攀升，驅使各大晶片商紛紛投入此一市場發展，像是IDT近期宣布與Steradian Semiconductor攜手，為自動駕駛市場，以及新興的工業、安全與醫療應用提供超高解析度的4D毫米波影像雷達(4D mmWave imaging RADAR)，此一4D毫米波雷達可以測量物體的距離、高度、深度和速度。
據悉，與Steradian Semiconductor合作研發的SenseVerse SVR4410 IC，為多通道高解析度MIMO雷達設備，其工作頻段為76~81GHz，具有更高的抗干擾性能與更高的通道數量。另外，憑藉整合波束成形和支援多設備聚合(Multi-device Aggregation)，該產品擁有更小的外型、更佳的角度解析度/範圍，以及更低的功耗。
恩智浦(NXP)近期則於「2018恩智浦未來科技峰會」正式推出新一代車用雷達解決方案，在新的參考平台上將S32R處理器、射頻收發器及天線設計組合在一起，擴展恩智浦的雷達生態系統。
新型RDK-S32R274雷達解決方案由恩智浦與Colorado Engineering合作建構，此一開發平台導入模組化架構，採用S32R27處理器、TEF810x CMOS收發器及FS8510電源管理IC，旨在提供簡化雷達實施的硬體、軟體及工具，降低雷達應用開發的門檻，加快客戶雷達應用的上市。
恩智浦半導體汽車微控制器暨處理器事業部亞太市場總監易生海表示，該公司為客戶提供了具擴展性的產品系列，包括之前推出的S32R27及S32R37。這些元件整合高效的雷達處理器，與傳統數位訊號處理器(DSP)相較，效能與功耗都明顯提高；可針對於安全關鍵型應用，如防撞、車道變換輔助及自動緊急剎車系統，實現更長的監測距離及更高的解析度與精確度。
易生海進一步指出，恩智浦的全套雷達收發器構成了基於BiCMOS和RFCMOS製程技術的雷達產品組合，利用完整的系統解決方案來滿足汽車製造商需求。
除了新推出的雷達解決方案之外，今年年初於CES展會上，該公司也展示了77GHz雷達產品組合的新品–MR3003雷達收發器，專為前向雷達和角雷達開發設計，以滿足需要高解析度和長測距功能的自動駕駛應用；而該公司在產品研發上也十分重視與生態鏈夥伴的合作，像是近期宣布與吉利汽車合作，共同定義下一代毫米波雷達(圖1)。
另一方面，ADI則是以Drive360雷達技術平台搶攻雷達市場。此一平台採用CMOS製程技術，可支援多種高級訊號處理整合選項，甚至可以允許客製化IP整合，使設計人員能夠將其系統設計差異化；並且配有高整合型的電源管理輔助晶片(Companion Chip) 。
ADI大中華區汽車電子市場經理崔正昊說明，該平台融合了公司旗下的毫米波雷達、光達和IMU等產品組合，能偵測形狀更小、移動速度更快、距離更遠的物體(如摩托車、行人、動物等)，在自動駕駛汽車周圍打造了一道360度的保護屏障，全方位保護汽車和乘客安全。
同時，該平台還適用於多種應用，包括高階的遠距離自動駕駛和ADAS、中到短距的自動緊急剎車、盲點偵測、倒車兩側來車警示系統和近距離自動停車。
此外，除了發表新一代的雷達產品外，為提升市場競爭優勢，ADI也於今年3月宣布收購Symeo，將雷達產品擴展到覆蓋24GHz、77GHz的完整頻段，既支援自動停車等超短程應用，也支援自我調整巡航控制等長距離應用，能夠靈活地根據客戶需求提供完整的雷達系統解決方案。
上述提到，為搶攻雷達市場，各大晶片廠商皆紛紛推出新一代解決方案，而隨著各晶片廠市場目標、策略不同，毫米波雷達製程也開始進入BiCMOS與CMOS二分天下的時期。
BiCMOS/CMOS各有千秋 依應用需求選擇是關鍵
意法半導體(ST)亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成表示，BiCMOS是屬於類比的製程，而此種製程的優勢在於，可確保打造出來的射頻(RF)元件具備高精確度、低功耗、高抗噪能力、高效能；至於CMOS，則較偏向數位製程。採用CMOS製程好處在於，可有效減少電路板空間，進一步縮小元件尺寸，因而能夠整合數位訊號處理器(DSP)、微控制器(MCU)等。
陳錫成表示，基本上BiCMOS和CMOS製程並沒有孰優孰劣的問題，每家業者都是以其市場策略、客戶需求選擇合適的製程。以ST為例，該公司認為雷達是對於「功耗」和「效能」十分敏感的產品，如何更進一步的提升雷達精確度、抗噪能力，以及降低功耗，是最主要的發展目標，而ST認為採用BiCMOS製程，較符合此一產品設計方向。
因此，該公司旗下的77GHz和24GHz雷達產品目前皆採用BiCMOS製程，以滿足各種應用。陳錫成進一步說明，77GHz雷達主要用於極端氣候之下，以偵測遠距離的物體，常見的應用有ACC、AEB等；而24GHz的應用多是盲區警示、停車輔助(PA)、防撞等。
德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪則指出，以往採用BiCMOS方式的毫米波雷達，須搭配DSP或是MCU，如此一來無法有效縮減尺寸；而CMOS的優勢在於整合度高，能減少電路板空間，進而整合DSP與MCU成為一個系統單晶片(SoC)，如此一來便可加速終端產品設計時程，滿足大量生產需求。
不過，詹勳琪說明，採用CMOS製程也須克服許多挑戰。CMOS製程雖有利於實現高整合度雷達，但由於整合的元件數多，在同一個晶片上，有著射頻(RF)訊號，也有基頻(Baseband)訊號，因此，要如何降噪，減低元件間訊號彼此干擾，是設計時的關鍵。另外，使晶片保持良好的散熱也是設計重點，因為所有的元件都包在同一個空間中，彼此發熱一定會互相影響。
詹勳琪表示，目前市場上的毫米波雷達製程確實分為BiCMOS與CMOS兩種方式，端看各家業者市場策略選擇合適的製程。而TI一開始在規畫進入雷達市場時，便決定要以CMOS製程為主。像是前段時間推出的毫米波產品組合(AWR1x及IWR1x系列)，即採用CMOS製程，該兩款產品為整合DSP和MCU的CMOS單晶片，或僅具一個MCU或DSP的單晶片。此一設計可加快終端產品設計時程，實現更多創新應用，如將雷達嵌入駕駛座偵測駕駛人狀況、偵測車內乘載人數、手勢辨識等，並滿足大量生產需求。
英飛凌(Infineon)汽車電子事業處大中華區汽車安全市場經理王龍飛則認為，未來將會依照毫米波雷達的應用需求來選擇CMOS或是BiCMOS製程。以前向車用雷達為例，由於偵測距離較遠，精確度要求會更高，因此較適合使用BiCMOS製程；而四個角雷達使用CMOS或是BiCMOS製程皆可；若是用於車邊偵測的雷達，則使用CMOS較為合適。
王龍飛進一步解釋，CMOS雷達優勢在於尺寸小、整合度高，但散熱是CMOS雷達須克服的挑戰。當CMOS雷達發熱溫度提高之後，精度會開始飄移，須花費許多時間進行軟體補償，以確保雷達精準度；這也是未來CMOS雷達要實現長距離偵測須克服的挑戰。而車邊偵測應用因偵測範圍、距離較小外(一般約40公尺)，且一般車邊(像是車門)都裝有安全氣囊，餘裕空間較少，因此適合小體積、高整合的CMOS雷達(圖2)。
資料來源：英飛凌
為搶攻雷達市場，英飛凌前段時間推出新一代雷達感測器等自動駕駛基礎半導體解決方案，其中包含77/79GHz MMIC「RXS8160」、配備專用感測器處理單元的高效能多核心微控制器(AURIX系列)以及安全的電源供應器，以加快高級雷達系統的開發。
對此，王龍飛指出，目前該公司的雷達解決方案仍是以BiCMOS為主，不過，隨著雷達需求持續增加，未來CMOS和BiCMOS兩種方式皆會並存於市場上。因此，英飛凌日後也將考慮跨入CMOS領域，而未來該公司所生產的CMOS雷達預計將以28奈米以下為主，因基於此一製程，發熱問題會比較容易克服。
半導體商致力推動 光達發展逐步邁進
另一方面，除了毫米波雷達之外，光達也是未來自動駕駛和ADAS重要的感測元件之一，目前各大感測器供應商也已開始摩拳擦掌，跨足光達領域。像是IDT便宣布與加拿大光達研發商LeddarTech結盟，雙方將合作研發LeddarCore LCA2晶片。兩家廠商合作的LCA2為最新技術，能以晶片建置高效能低成本的車用光達。
IDT台灣/東南亞/印度/紐澳區總經理暨業務總監詹維青(圖3)表示，該公司和LeddarTech攜手，是希望結合雙方長處，像是IDC擅長後端(具備高效能ADC)，而LeddarTech擅長前端，共同打造新一代光達解決方案。
詹維青指出，光達跟自動駕駛安全息息相關，勢必是未來發展趨勢。當自駕車行進期間，主要靠各式感測器偵測距離和時間點，而距離和時間點又是隨時在變動，因此感測器的效能須不斷提升。光達也是如此，未來光達須跟其他元件相互配合，例如GPS，才有望進一步提升偵測準確性。
然而，光達目前的導入挑戰在於價格昂貴，甚至許多光達的價格是汽車平均售價兩倍多，同時還有功耗高、產生資料量大，體積大等缺點。對此，崔正昊表示，大多數光達系統是為飛機上的自動駕駛系統和實驗專案而設計的，必須根據汽車產業的需求重新設計系統架構。
崔正昊說明，也因此，ADI幾年來一直致力於為汽車市場開發感測器到雲端光達系統，目的便是降低光達尺寸與成本，目前正在開發原型，並設法進一步提高性能和減小尺寸。
此外，為加速光達開發，ADI也收購了Vescent Photonics。Vescent Photonics開發了一種固態雷射波束引導技術，此次收購將使ADI能提供縮減光達系統的尺寸和成本的方案，並消除笨重的機械引導，同時提高性能和可靠性。
另一方面，固態光達(Solid State LiDAR)開發商Quanergy Systems近日也宣布旗下固態光達生產線已通過IATF 16949認證，這是繼7月初獲得ISO 9001認證後又一里程碑，在獲得這些品質管理認證之後，該公司將開始批量生產S3固態光達。
Quanergy執行長與聯合創始人Louay Eldada則表示，自駕車目前已發展到Level 3階段，Level 4預估在2021~2022年期間實現，至於Level 5則需等到2025年之後。光達將在自動駕駛發展進程中扮演相當重要的角色，而固態光達的成本、功耗相較於機械式光達都更低，且性能和可靠度更高，因此會是未來發展重點，目前已有車廠嘗試將固態光達內建在汽車的車頭燈之中。
綜上所述，ADAS應用逐漸普及，而毫米波雷達更是其中不可或缺的關鍵元件，同時，光達、攝影機的需求後勢看漲，牽動ADI、Infineon、ST、TI等半導體大廠加速布局腳步，ADAS的「感」情與商機都不斷上升當中。
