驾驶员辅助系统：新型雷达设计——分立抑或集成

 Jeff Postupack和Sam Weinstein解释集成雷达系统如何将高端技术应用于经济型轿车

一名25岁的男性驾驶员正在查看他的智能手机，这时，拥堵的车流开始移动。就在他踩下油门时，前方车辆由于拥堵而急刹车。眼看就要发生碰撞，幸好车载雷达系统以迅雷不及掩耳之势介入进来，配有自动停车起步功能的自适应巡航控制系统检测到前方汽车在减速，为了保持预先设定的车距并避免碰撞，决定立即停车。

欢迎来到技术日新月异的智能汽车时代!

自从安全气囊成为标准安全配置以来的二十年间，汽车安全技术有了长足的进步。以座椅安全带、安全气囊和碰撞检测系统为代表的“被动安全”，已发展为“主动安全”——防抱死(ABS)、电子稳定控制、自适应悬架和舵角/侧倾控制。最新阶段是“驾驶员辅助”安全，包括自适应巡航控制(ACC)、盲点检测(BSD)和车道变换辅助(LCA)。这些系统渐渐开始与车内通信系统融合，使汽车更具自主性和智能性。

雷达是一项极具发展前途的驾驶员辅助技术。雷达系统能够大大降低事故的发生频率和严重程度，特别是那些与驾驶员分心相关的事故。在许多国家，汽车安全立法促进了行车安全，驾驶员死亡率降至历史最低水平，同时推动了智能汽车的发展。直到最近，雷达还仅限于在飞机和豪华车内使用，但现在它已成为普通汽车所关注的技术。

设计人员将要面临的挑战是如何集成多种安全特性，同时满足汽车工业苛刻的质量和成本要求，这些目标并不是注定要发生冲突。有史以来第一次，高集成度系统源源不断地生产出来，它将自适应巡航控制(ACC)和其它基于雷达的检测与避碰应用全都集成在一个只有智能手机大小的极小封装中。片内信号调理技术的进步使得设计人员能够根据不同的行车条件编写所需的设置，无论是城市道路行驶还是高速公路巡航，所有功能都通过一个经济实惠的封装实现。

因此，雷达系统设计人员现在需要做出选择：使用分立器件还是使用集成解决方案。电子集成已在许多行业采用，如医疗成像、通信基础设施、消费电子设备等，现在终于轮到汽车雷达领域。无论何种方案，设计人员都必须考虑其利弊。

尺寸和成本

雷达正从豪华车的标准设备变为中档车的选配设备，预计5年后会成为汽车普遍采用的一项安全特性。普及的速度将随着廉价雷达的推出而加快，同时雷达的目标分类将更完善，范围分辨率将更高。模拟前端(AFE)的设计方法至关重要。

可以使用分立器件来构建顶级定制解决方案，而且总有一些完美主义者希望优化每一个参数。但是，采用分立器件构建雷达系统需要花费更多时间，占用更多空间，成本更高。集成IC能够提供汽车制造商想要的大部分功能，甚至包括ACC和BSD等多种应用，而其尺寸和成本只是分立解决方案的一个零头。

现在已经能够将信号调理和数据采集电路全都集成在一片IC上。尺寸非常重要，因为雷达传感器模块必须适合安装在狭小区域，比如减震器后方，这些区域并不是为容纳此类电子装置而设计的。采用集成解决方案，安装面积至少可以减少一半。集成器件具有高性价比，同时能够提供雷达系统设计人员所需的高性能水平。

您当然可以亲手构建一个分立系统，使它正好完全符合需要，但成本可能高得吓人，无法实现规模化生产。集成解决方案意味着雷达系统能够以更低的成本为更多的汽车所采用，从而在整体上提高所有车辆的安全性。

易用性

集成器件可以增加多项内置创新特性，例如可编程增益和灵活的滤波器等。这些特性支持平台设计方法，不仅能加快首个系统的面市时间，而且能缩短所有采用同一平台的后续系统的开发时间。

例如，滤波器需要根据不同的驾驶员安全应用进行精密调整。分立设计难以对滤波器重新编程，为了改变滤波特性，设计人员必须手动调换电阻和电容。带可调滤波器的集成器件则很容易解决这个问题，所有调整都是通过串行端口对芯片重新编程来完成。这种调整甚至可以即时完成，允许设计人员快速地进行多次调整，从而缩短设计时间。

同一芯片上的多个通道也有助于简化设计，因为通道匹配精良，同时有利于驾驶员，因为传感器的检测范围更宽。理想的雷达系统能够检测到汽车周围180度视角范围内的物体，就像人的视觉一样。配有6个通道的接收系统可以做到这一点，而且角度分辨率更佳，因为它能接收更多的发射信号。这意味着目标定位时间更加充裕，雷达解析目标近似尺寸的能力更强。设计人员虽然可以采用分立器件来完成同样的任务，但结构可能比较臃肿。

最新的集成解决方案能够根据距离的长短自动调整雷达传感器的特性。在雷达信号反射回汽车时，设计人员必须防止系统过载。如果目标在汽车正前方，返回信号的幅度会非常高，必须予以衰减。如果目标距离汽车120m远，返回信号将很弱，微处理器会不断尝试优化信噪比，帮助识别目标，确定它在视野中的位置，以及它与汽车相距多远。

许多此类功能都是通过可编程增益放大器实现。设计人员虽然可以使用分立PGA，但绝不会像通过与可编程滤波器相同的串行端口来控制的PGA那样轻松和经济。

考虑到雷达系统要求的多变性，灵活性自然是集成解决方案的另一个诱人的亮点。高速公路ACC要求宽动态范围，而ACC自动停车起步功能则要求较窄的范围、更大的视野和更快的响应时间，以便根据前方交通状况迅速应变。利用集成产品的用户可编程设置，一个平台就能在不同工作条件下提供增强的性能，适应高速公路和严重拥挤两种行车状况。

显而易见，使用专用集成器件的平台设计方法能够简化设计过程，缩小雷达系统的尺寸，更重要的是能够让更多廉价汽车更加安全。