NXP、RF送受信回路と物体検出認識回路を1チップにしたレーダーチップ開発

図1　レーダーのRF回路と演算回路を1チップ化したSAF85xx　出典：NXP Semiconductor

これまでのクルマにはレーダーは主に前方を見るために搭載されていた。一般にはカメラを搭載することが多いが、カメラでは猛吹雪や濃霧、豪雨などでは前が見にくく検出性能が著しく劣化する。このためカメラとレーダーの2種類が使われている。さらにコーナー部での他の自動車や歩行者などの検出には安価な超音波システムが使われていた。NXPは将来のクルマは超音波センサでは対応できなくなるだろうと予想し、1チップレーダーを開発した。

NXPジャパンマーケティング統括本部マーケティング部担当部長の本間孝史氏は、「NCAP（New Car Assessment Program：自動車アセスメント）の法制度や安全性の要求性能が厳しくなってくるため、それに合わせる必要があった」と答えている。コーナーではドライバーからは見えない死角ができないようにレーダーで支援する。これからのクルマでは前後左右の角にレーダーを設置して360度カバーするようになるかもしれない。

図2　現在は前方検出が主だが、今後はリアやコーナー部にもレーダーが使われるかもしれない　出典：NXP Semiconductor

NXPの1チップレーダーを搭載したドイツのSmartmicro社のレーダーモジュールは5cm×5cmと小型になり、NXPの前世代の2チップソリューションよりも30%小型になった。

レーダーは、高周波の電波を発射して、対象物に反射した電波を検出することで、対象物の有無と距離を測定する。電波の速度は光の速度と同じで、一定であるから、電波の位相遅れを観測すれば距離がわかる。周波数帯域が広ければ様々な周波数を当て、その反射によって距離が微妙に違うため、簡単なイメージングもできる。

今回発表した1チップレーダーはプロセスノード28nmで設計し、データ処理演算部にはArmコアを用いている。チップは図3に示すように、送受信4本ずつのMIMOアンテナを想定し、4TX（4つの送信機）と4RX（4つの受信機）に必要なADコンバータや移送シフター、波形生成器、水晶発振回路（水晶は外付け）などのRF回路と、レーダーの計算に必要な演算回路（DSPなど）と、クルマや歩行者などのオブジェクトを検出・認識する簡単なプロセッサ（Arm Cortex-A53）とコントローラArm Cortex-M7、さらにメモリ（RAM）などを搭載したデジタル演算部、そしてハードウエアセキュリティ回路やインターフェスなどを集積している。車載用には欠かせない機能安全ASIL-Bを満たしている。

図3　1チップにRF送受信機とSoC演算回路を集積した　出典：NXP Semiconductor

これまでのレーダーチップのプロセッサ部分にはPowerPCコアを使っていたが、それをArmに変えるとともに前世代の40nmプロセスから28nmプロセスに変更し、消費電力の削減を図った。今後は演算回路を16nmで作る予定もあるが、RF部分は28nmになりそうだ。というのは、RF回路では微細化するだけでは、ゲート抵抗値が表面化してくるため高周波特性が悪くなる。ゲート抵抗を設計や材料変更などで削減し、16nmに微細化しても高周波性能が落ちないように工夫すればRF回路も16nmまで微細化できる。

車載用レーダーを、フロント（前方検出）からリア（後方検出）、そしてコーナー検出に配置し360度死角を除去する方向になりそうだ。回路が複雑になりすぎるならECUからドメイン制御になり、中央コンピュータにも変えることもできる。NXPは今後の車載レーダーにも対応するため、今回のレーダー技術に拡張性を持たせた設計をしている。例えばイメージング処理にさらにMIMOアンテナの数を増やし、上下左右の角度を広げることでLiDARよりも安価で安全なシステムができれば、レーダーは普及期に入ることができるであろう。