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如果您覺得近來公路上的攻擊性和危險駕駛行為一直在增加，那么您的感覺沒錯。自疫情爆發(fā)以來，超速、醉駕/酒后駕車、分心駕駛等交通違規(guī)行為呈上升趨勢。例如，在加利福尼亞州高速公路上，速度超過100英里/小時的超速罰單幾乎是疫情前的兩倍，而在紐約州，最近因高速公路違規(guī)而開出的罰單數(shù)量也創(chuàng)下了歷史紀錄。這個問題并不僅局限于美國。
面對日益嚴重的交通安全問題，雖然解決方法最終取決于駕駛員，但技術(shù)也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而更先進的汽車雷達則是一項關(guān)鍵要素。
汽車雷達已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自適應巡航控制、自動緊急剎車、盲區(qū)監(jiān)控以及其他高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)功能。但雷達系統(tǒng)需要功能更強大并與車輛的電子控制系統(tǒng)更緊密地集成，車輛才能夠更加自動化。這樣的雷達系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)遠比現(xiàn)在要強大的碰撞預測和避免碰撞能力。
格芯的22FDX、RF CMOS和SiGe BiCMOS技術(shù)平臺能為汽車雷達及其他應用提供出色的射頻/毫米波性能、卓越的數(shù)字處理/集成能力、超低功耗運行以及良好的熱特性。
因此，世界上許多高頻電子領域的頂尖研究人員都使用它們來打造新的汽車雷達解決方案，這些解決方案將在未來三到五年內(nèi)出現(xiàn)在汽車之中。這項工作由格芯大學合作計劃(UPP)提供支持，該計劃使50多所頂級學府的選定研究團隊能夠使用格芯的半導體技術(shù)和相關(guān)組裝/測試服務。
作為回報，這些研究人員會與格芯自己的研發(fā)團隊合作，并分享研究成果。這有助于為格芯平臺添加新的特性和功能，開啟新的應用可能性，并在學生的職業(yè)生涯早期向他們介紹這些技術(shù)。
三位世界一流的汽車雷達研究人員
在之前的博客文章中，我們介紹了UPP如何支持多倫多大學教授Sorin Voinigescu的工作，幫助其構(gòu)建基于22FDX的80/160 GHz雙極化收發(fā)器。
在本博客文章中，我們將了解另外三位著名研究人員如何利用格芯技術(shù)在汽車雷達領域取得重大進展：
Frank Ellinger教授（科學技術(shù)博士）是德國頂級技術(shù)大學德累斯頓工業(yè)大學電路設計與網(wǎng)絡理論系的系主任，這所大學位于格芯Fab1附近的Silicon Saxony”微電子產(chǎn)業(yè)集群中。他主要研究高效模擬和混合信號電路的設計和建模。他是德國政府研究計劃“zwanzig20 cluster FAST”（快速致動器、傳感器和收發(fā)器）的協(xié)調(diào)員，該計劃擁有90個合作伙伴，大多數(shù)來自于工業(yè)領域。他還負責協(xié)調(diào)了幾個歐盟資助的研究項目；他撰寫了一本有關(guān)射頻IC和技術(shù)的書，發(fā)表了500多篇科技論文，并斬獲了多個獎項。他的學生也獲得了40多個科技獎。
Vadim Issakov教授、博士是德國另一所頂級技術(shù)大學布倫瑞克工業(yè)大學(TU Braunschweig) CMOS設計研究所的負責人。他主要研究雷達和通信應用的模擬射頻和毫米波(mmWave)電路，以及量子計算機和生物醫(yī)學應用電路。他持有11項專利，撰寫/合作撰寫了120多篇同行評論文章，斬獲了眾多獎項（包括IEEE MTT-S杰出青年工程師獎），并撰寫了一本有關(guān)雷達應用毫米波電路的書。他曾在歐洲頂級研究機構(gòu)Imec、英特爾公司和英飛凌科技公司工作。他在英飛凌擔任毫米波設計主管/首席工程師，負責車道變換輔助的24 GHz雷達技術(shù)（如今已廣泛應用于ADAS系統(tǒng)）、手勢感應的60 GHz雷達技術(shù)以及其他多個高于100 GHz的雷達預研課題。
Bogdan Staszewski教授、博士是愛爾蘭其中一所最負盛名的大學都柏林大學(UCD)的正教授，也是荷蘭代爾夫特理工大學(TU Delft)的客座教授。他于2014年加入UCD，成立了一個630萬歐元的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用電路設計中心。他的研究包括用于頻率合成器、發(fā)射器和接收器以及量子計算機的納米級CMOS架構(gòu)和電路。對于后者，他和他的學生致力于使用商用22FDX工藝技術(shù)中的量子阱結(jié)構(gòu)制造量子比特，并將其與控制電子器件緊密地集成在芯片上。他還是初創(chuàng)公司Equall的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學官，該公司旨在打造世界上第一臺實用型單芯片CMOS量子計算機。他參與撰寫了6本書、150多份期刊和210篇會議論文，擁有210項美國專利，是IEEE會士。
尋找優(yōu)化解決方案
Frank Ellinger表示：“現(xiàn)在不存在理想的汽車雷達，未來也不會存在，因為設計汽車雷達時通常必須在許多不同的參數(shù)之間進行權(quán)衡，比如說：探測分辨率和精確度、效率、功耗和微型化。然而，22FDX等前沿半導體技術(shù)將使我們逐漸接近優(yōu)化的解決方案。這些技術(shù)對于解決我稱之為‘世紀挑戰(zhàn)’的問題至關(guān)重要。在應對‘世紀挑戰(zhàn)’過程中，我們不僅要提高系統(tǒng)性能，還必須改善系統(tǒng)的環(huán)境友好性，比如在能耗方面?！?
”22FDX技術(shù)的自適應體偏置(ABB)功能可為調(diào)整晶體管運行提供高靈活性，從而可以提高效率，降低能耗以及減少信號失真。他表示，格芯的22FDX平臺為研究創(chuàng)新型電路開辟了獨特的可能性，他的研究小組目前已有三名博士生在研究基于22FDX的77 GHz汽車雷達電路?！?/p>
“22FDX的另一個優(yōu)點在于其n通道和p通道晶體管具有較高速度，即使在CMOS中，也可以在77 GHz頻率下實現(xiàn)足夠的信號電平。這一點至關(guān)重要，因為CMOS具有其他技術(shù)沒有的優(yōu)勢，比如說更低的成本以及在緊湊的片上系統(tǒng)中更好地集成高頻電路與低功耗數(shù)字電路?！?/p>
未來的一個有趣研究課題就是高頻電路與封裝的協(xié)同設計，以降低能耗；鑒于社會對環(huán)保技術(shù)的需求日益增長，這已經(jīng)成為一個關(guān)鍵目標。它還可以降低熱效應，從而提高可靠性，延長芯片（以及汽車）的使用壽命。
Ellinger的定位也有利于格芯。他表示：“我們在德累斯頓工業(yè)大學培養(yǎng)本科生、碩士生和博士生，他們不僅是格芯的重要技術(shù)人才儲備，也是Silicon Saxony其他公司（格芯客戶）的技術(shù)人才儲備?！比欢?，與世界其他地方一樣，激勵年輕人學習電氣工程是德國的一個關(guān)鍵問題。為此，Ellinger和他的兩個博士生一起發(fā)起了備受贊譽的營銷活動，以歌曲、視頻和漫畫的形式展示電氣工程的魅力，并提供極具吸引力的就業(yè)機會。
“只要能在CMOS中實現(xiàn)的，
就會在CMOS中實現(xiàn)?！?/strong>
Vadim Issakov的團隊發(fā)展迅速。他表示：“我從2021年4月開始組建團隊，現(xiàn)在已經(jīng)有幾個獲批項目和14名研究助理，另外4名也很快就位。此外，我們的團隊還有一名博士后，他是一名經(jīng)驗豐富的毫米波雷達電路設計專家。我們進行模擬/射頻/CMOS電路設計，我們的工作主要集中在三大領域：毫米波雷達、低功耗生物醫(yī)學電路和量子技術(shù)低溫電路?！?
在汽車雷達領域，他的團隊目前正在研究基于22FDX平臺的汽車傳感器，以及基于45RFSOI的140 GHz調(diào)相連續(xù)波(PMCW)雷達片上系統(tǒng)(SoC)，適用于大型可擴展的MIMO陣列。這些電路稍加修改還可以用于通信領域。因此，雷達通信芯片也是一種發(fā)展趨勢，這種芯片能夠同時支持雷達和通信功能。
Issakov認為，SOI技術(shù)是其雷達項目市場上最具前途的CMOS技術(shù)。他表示：“一般而言，使用CMOS FinFET時，如果您進入更小的節(jié)點，您就會迅速失去固有增益，從而會影響FMAX值 ‘晶體管速度的衡量指標’，而SOI技術(shù)擁有比較大的固有增益，讓您能夠整合毫米波性能與數(shù)字邏輯和低泄漏性能?！?
這種集成潛力至關(guān)重要，因為正如Issakov所說：“未來幾年，只要能在CMOS中實現(xiàn)的，就會在CMOS中實現(xiàn)?！崩纾岬搅苏细鞣N調(diào)制技術(shù)的機遇。例如，脈沖雷達和連續(xù)波雷達之間的差異：脈沖雷達可在近距離提供高分辨率，而連續(xù)波雷達則可探測到更遠距離的物體。他表示：“我們的其中一個目標就是使用CMOS設計將不同類型的雷達調(diào)制技術(shù)整合在單個芯片上。然后，單個芯片可以根據(jù)雷達場景來回切換調(diào)制技術(shù)?！?/p>
他表示，汽車雷達近期面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括需要實現(xiàn)更高的分辨率和更短的成像時間；以及尋找更優(yōu)方法來同步組成大型MIMO陣列的元件，以實現(xiàn)出色的角度分辨率。
從長遠來看，使用神經(jīng)形態(tài)計算技術(shù)的“智能”汽車雷達系統(tǒng)將需要更多數(shù)字化能力來探測物體并實時處理數(shù)據(jù)。他表示：“這只能在CMOS中實現(xiàn)?！?/p>
Issakov表示，他非常感謝格芯UPP提供的支持。他表示：“我總是能夠獲得所需的幫助和信息，在格芯多項目晶圓(MPW)上制造我們的電路比較簡單，使我們能夠有效地推進工作。”
“22FDX是自然而然的選擇”
Bogdan Staszewski對高頻電子和汽車安全領域的興趣可以追溯到很久以前。在職業(yè)生涯早期，這位都柏林大學教授在德州儀器花了14年時間開發(fā)數(shù)字射頻處理器技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)已廣泛應用于許多TI產(chǎn)品中。2009年加入TU Delft之后，他帶領自己的博士生參與了一個60 GHz雷達項目，一個6 GHz無線局域網(wǎng)芯片項目，以及其他一些在當時推進先進技術(shù)發(fā)展的項目。?
在此過程中，他與一位瑞士同事聯(lián)合創(chuàng)辦了一家公司，開發(fā)并提供激光雷達系統(tǒng)，以創(chuàng)建3D汽車環(huán)境圖像。（激光雷達類似于雷達，但使用的是激光而不是無線電波。）這一經(jīng)歷也促使他認為，構(gòu)建更優(yōu)汽車雷達的最佳方法就是使用融合技術(shù)，包括毫米波雷達和激光雷達。
他表示：“我們需要使用數(shù)字技術(shù)作為模擬、混合信號和毫米波元件的補充，這樣您就可以集成這些模擬功能和數(shù)字功能。雷達需要進行大量的高速數(shù)據(jù)處理來解析所探測到的內(nèi)容，而太多的模擬互連裝置可能會扼殺它的這一功能?！?/p>
他認為他的項目使用SOI技術(shù)就是因為這個原因。比如，面向150 GHz汽車雷達的全數(shù)字化PLL發(fā)射器很快就會被淘汰。早前的一個項目專注于77 GHz汽車雷達，但Staszewski的團隊認為22FDX平臺支持150 GHz運行，因此對該項目進行了擴展。通過與一家主要的汽車供應商合作，這個項目得以順利進行。
Staszewski還在探索FD-SOI技術(shù)在量子計算領域的應用，未來這一技術(shù)可能應用于汽車領域。目前，他使用的是22FDX技術(shù)，而且他的公司已經(jīng)制造了一個只有臺式電腦大小的小型冷凍機。該冷凍機有可能安裝在汽車或卡車上，用于進行“邊緣”神經(jīng)網(wǎng)絡計算。他的團隊正在研究其第三代量子處理器，并且已經(jīng)制造出了具有1000萬門級的工作設備。
Staszewski非常重視與格芯的合作，他表示：“格芯擁有非常出色的技術(shù)，使我們有機會頻繁地進行流片。不像過去我們在TU Delft合作過的其他公司，這會是個問題，因為學生需要將其項目向前推進才能夠畢業(yè)。此外，我們從格芯技術(shù)人員那里獲得的信息也非常有用，他們解釋了技術(shù)的來龍去脈，這樣我們就可以對我們正在構(gòu)建的功能進行微調(diào)；體偏置就是其中一個例子。”
他還高度評價了22FDX技術(shù)：“我喜歡22FDX技術(shù)，因為它結(jié)合了低功耗數(shù)字功能，并且能夠出色地集成射頻/毫米波功能。事實上，我咨詢過許多公司，對它們來說，格芯就是 22FDX。這是一種自然而然的選擇?！?/p>
【撰文】Gary Dagastine
工商網(wǎng)監(jiān)
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