自駕車研發熱度升溫　雷達/光達感測器競出籠

眾所周知，先進駕駛輔助系統(ADAS)是實現自動駕駛汽車或無人車的重要基礎，而雷達與光達等感測器則是建構ADAS系統不可或缺的關鍵元件(表1)。以現今發展來看，雷達已開始廣泛用於中高階車款的ADAS系統，並加速滲透入門車款，而光達則囿於體積與成本等因素，仍未大量於大眾車款中商用，目前多用於試行的自動駕駛車中。

表1 不同汽車感測技術特性比較

打造ADAS系統　雷達感測器扮要角

雷達技術採用高頻的電磁振盪運作，透過毫米波傳送。目前汽車雷達使用的標準頻率範圍有24GHz與77GHz兩種；24GHz雷達多用於短、中距離偵測應用，如盲點偵測(Blind Spot Detection)、行人偵測、停車輔助等；77GHz雷達偵測距離涵蓋較遠，可應用在像是適應性巡航控制及碰撞警示等領域，其每秒數百億次的高頻振盪可確保測量的準確性(圖1)。雷達晶片會傳送並接收上述高頻訊號，並將這類訊號傳送至雷達電子控制單元。

圖1 24GHz雷達與77GHz雷達應用區隔

在眾多半導體廠中，以英飛凌(Infineon)、意法半導體、恩智浦及亞德諾(ADI)等，在雷達晶片領域發展較為活躍。其中，意法半導體宣稱，該公司24GHz雷達收發器至今已出貨超過三千五百萬顆。

英飛凌也於2015年7月宣布其汽車雷達晶片出貨量已達到一千萬顆，2016年更預計再出貨一千萬顆。現今，英飛凌的雷達晶片皆於德國生產，包括從晶片製造到封裝處理等所有製程階段，均是在公司位於德國雷根斯堡及德勒斯登的廠房所進行。

恩智浦則在2015年12月購併飛思卡爾(Freescale)後，擁有完整的雷達產品陣容；該公司指出，至今已有超過一百萬顆雷達晶片出貨。結合雙方優勢後，恩智浦計畫進一步打造更高整合度的下一代雷達晶片，亦即將前端元件和基頻處理器整合於單一裸晶上的汽車雷達系統單晶片(SoC)。

市場研究機構IHS指出，未來幾年雷達式ADAS將急速滲透市場，預估至2021年全球雷達感測器出貨量將超過五千萬顆。除了尺寸、功耗與成本等技術的精進外，歐盟的新車安全評估計畫(New Car Assessment Programs, NCAP)亦是助長ADAS系統發展的另一重要推力，此項全球性計畫提供獎勵措施給經驗證的ADAS系統，如自主式緊急煞車和行人保護系統。

主要汽車雷達應用與技術需求一覽

搶攻ADAS商機　半導體廠火力全開

看好ADAS市場成長前景，加上近期自動駕駛車發展火速增溫，半導體紛紛加足馬力投入新一代雷達晶片研發。

英飛凌執行長Reinhard Ploss表示，雷達是一項非常精密的技術，除了避免交通事故、拯救人命，還能提升在車流當中駕駛的舒適性。目前雷達系統多使用在高級車款，在未來將普及到所有各種車款。英飛凌將致力推出創新解決方案，以大幅降低雷達系統的成本。

事實上，英飛凌是全球第一家利用矽(Si)與矽鍺(SiGe)取代以往常用的砷化鎵(GaAs)，開發出77GHz頻率範圍高階積體電路的公司。改用矽與矽鍺材料，可大幅降低雷達系統的產品成本。另外，該公司創新的嵌入式晶圓級球閘陣列(eWLB)封裝技術，具有良好的高頻特性，能幫助汽車系統供應商簡化雷達晶片的後續處理，因此也有助於大幅降低雷達系統的成本。

另一方面，意法半導體近期則推出，新款多通道的77GHz雷達收發器單晶片，並已開始提供樣品給主要客戶，預計於2017年3月進入量產。意法半導體執行副總裁暨汽車與離散元件事業群總經理Marco Monti表示，中低價位汽車市場對於77GHz雷達方案的需求正與日俱增；該公司一級車電品牌客戶已著手採用此款高整合77GHz雷達收發器進行新的產品設計。

已開發國家對高速適應性巡航控制等下世代新功能的需求日益浮現，故須採用高功率輸出、能長距偵測的77GHz雷達技術來實現；更高頻率能使天線尺寸更小，有助簡化系統設計，加速上市時程。

意法半導體在其24GHz雷達晶片的發展基礎之上，開發出新一代高整合度的77GHz雷達收發器，此單晶片元件整合了三顆77GHz發送器和四顆接收器，可讓客戶打造更小、更低成本且複雜度更低的系統。此外，該晶片採用多通道架構，可強化物體辨識和解析度，達到更高的性能。

無獨有偶，恩智浦也在日前發表一款尺寸7.5毫米×7.5毫米的77GHz雷達收發器單晶片，目前產品原型已送到該公司主要客戶手中，並由Google自動駕駛車計畫的工程人員進行實場測試。

恩智浦新款晶片功耗比現今雷達晶片少40%，尺寸約如郵票大小(圖2)，可隱身在汽車的任何位置，這對車廠而言是極大的益處，因為車內使用的感測器數量已隨著自動駕駛時代的來臨而逐漸增多。

圖2 恩智浦新發布的77GHz雷達收發器尺寸僅郵票般大小。

恩智浦資訊娛樂與駕駛輔助事業部資深副總裁Torsten Lehmann強調，這款高整合度的77GHz雷達晶片將推進自駕車發展並驅動ADAS廣泛普及。他進一步指出，小小的雷達感測器是自駕車提供高解析度、360度環景視野不可或缺的元件，這些功能若使用傳統體積較大的雷達方案進行設計，將遭遇極大挑戰。另外，汽車製造商也渴望以可化於無形的雷達感測器，取代現有超音波式的停車距離控制系統，以避免在保險桿上留下不美觀的孔洞設計，同時提升效能。

強化3D物體偵測效能　光達感測器發展增溫

除雷達感測器蓬勃發展外，以雷射光波為感測基礎的光達感測器，也在自動駕駛車發展熱潮的帶動下行情走俏。

在光達技術領域已有長達三十多年研發經驗的Velodyne LiDAR近期即在自動駕駛車市場大有斬獲；該公司光達感測器已獲得Google、福特(Ford)、Volvo、百度等自動駕駛測試車採用，並已相繼展開實測(圖3)。

圖3 Velodyne的光達感測器獲得百度自動駕駛測試車採用。

Velodyne發布的精巧、輕型HDL 32E光達感測器可用於無人機(UAV)等多種應用，而新一代VLP-16 LiDAR Puck，是十六通道即時光達感測器，尺寸同樣也很小，相較於先前產品世代，價格大幅縮減。

據悉，自2007年起，Velodyne的LiDAR產品部門即成為開發、製造與供應即時光達感測器的主要廠商，應用市場涵蓋自動駕駛車、車輛安全系統、3D地圖繪、3D空中地圖繪及安全監控等。

另一家2012年成立的新創公司Quanergy Systems，則利用半導體技術開發比機械式光達感測器體積更小、功耗與成本更低的3D即時光達感測方案—S3 LiDAR，並獲得賓士(Mercedes-Benz)GLE450 AMG Coupe汽車採用(圖4)，且於年初國際消費性電子展(CES)上展出。

圖4 Ｑuanergy的S3 LiDAR光達感測器獲賓士GLE450 AMG Coupe汽車採用。

Quanergy和賓士係於2014年展開策略合作，共同開發、測試與部署特別為汽車安全和自駕車功能所設計的先進光達式系統。

Quanergy的S3是體積極為精巧的3D光達感測器，可精確地創造即時、長距離的3D環景並提供物體辨識能力，是新興自動駕駛車必備的基礎元件，可被安裝在水箱護罩、保險桿和後視鏡中，並能於高速公路或市區等環境中運行。

Quanergy專屬的半導體技術是S3光達感測器的基礎；該感測器體積比小台的傻瓜相機還小，重量不到11盎司，且低功耗，加上沒有動件設計，所以可達到相當高的可靠度，同時延長使用生命週期。透過雷射、接收器和訊號處理器三個主要元件的互動，S3光達感測器每秒可產生五十萬個點雲(Point-cloud)數據點。

Quanergy執行長Louay Eldada表示，S3是智慧感測器領域的革命性發展，讓光達感測器延伸至新的應用領域。這款感測器突顯該公司致力改善光達感測器安全性、效率、效能和成本的決心，將可促使自駕車在不久的將來成真。

除了交通運輸領域外，Quanergy的S3光達感測器還可擴展至三十多個垂直市場，包括地面和空中地圖繪製、工業自動化、智慧家庭及安全監控等。

自駕車進展全面加速

顯而易見，在傳統車廠與科技巨頭競相投入自動駕駛車輛研發下，可提升汽車安全的雷達與光達感測器需求也快速攀升，吸引半導體廠卯足了勁開始布局。隨著市場競爭愈趨激烈，雷達與光達感測技術勢將加速演進，可望讓成本、性能、功耗、尺寸不斷突破，從而促成更安全的自駕車與無人車的到來。