המכ”ם הממונע עולה על הכביש

החל משנת 2018 יותקנו בכלי-הרכב באירופה מערכות מכ”ם ממונעות הפועלות ברוחב פס של 79GHz. המירוץ אל השוק העצום הממתין בפתח, החל כבר עכשיו

מאת: רוני ליפשיץ

אחד מהתחומים הצומחים בשוק האלקטרוניקה הממונעת הוא תחום מערכות העזר לנהג (Advanced Driver Assistance Systems). מדובר במערך פתרונות אלקטרוניים שנועדו לשפר את בטיחות הנהיגה באמצעות מגוון רב של חיישנים: מערכות מכ”ם ממונעות, מצלמות, תקשורת אל מרכזי מידע מקוונים, חיישני תאוצה, חיישני בלימה ועוד.
הפתרונות הללו אינם חדשים ומוכרים בתעשייה לפחות 10 שנים. אולם עד לאחרונה היו מערכות אלה יקרות מאוד והותקנו במכוניות יוקרה בלבד. אלא ששנת 2011 היא שנת המפנה: לפני כחצי שנה העריכה חברת המחקר ABI Research שבשנת 2011 הגיע שוק מערכות ה-ADAS להיקף של 10 מיליארד דולר. אלא שזו רק ההתחלה: עד לשנת 2016 יסתכם השוק העולמי ביותר מ-130 מיליארד דולר.
השוק לא עוצר באדום
הגורמים המרכזיים להתפתחות המהירה הם ירידת מחירי החיישנים למיניהם, ממצלמות ועד למערכות מכ”ם ממונעות, והוספת פונקציונליות חדשה לחיישנים הקיימים. כך למשל, מערכות מכ”ם ממונעות משמשות היום לא רק להתראה בפני סכנת התנגשויות, אלא גם למתן חיווי על התרחשויות בנקודות ראייה מתות מבחינת הנהג (Blind Spot Detection) ואפילו על האפשרות שרכב מסוכן עומד להיכנס אל נקודה מתה כזו.
לאחרונה החלו היצרנים לשלב מספר טכנולוגיות במערכות המכ”ם הממונעות, ולספק מערכות הכוללות גם התראת לייזר (LIDAR) והתראה אולטרא-סונית בפתרון מאוחד. אלא שהתפתחויות נוספות בשוק מבטיחות שהתחום החדש ימשיך לצמוח: הרגולטורים בשוקי היעד הגדולים מתחילים לדרוש מערכות התראה מתוחכמות גם במכוניות סדרתיות זולות.
לאחרונה קבע האיחוד האירופי שמכוניות מסחריות צריכות להיות מצויידות במערכות הצגת אופק האירועים בנקודות מתות, התראת סטייה מנתיב הנסיעה ומערכת בלימת חירום אוטומטית. בארצות הברית קבע לאחרונה משרד התחבורה שעל כל המכוניות החדשות שייצאו בשנה הבאה לשוק צריכות להופיע מדבקות גלויות לעין המפרטות איזה מערכות ADAS מותקנות בהן.
המגמות הללו גרמו לחברת ABI Research לעדכן בחודש שעבר את התחזית, ולהעריך שעד לשנת 2020 יגיע שוק ה-ADAS העולמי להיקף של יותר מ-460 מיליארד דולר.

זריקת עידוד לתעשיית האלקטרוניקה
המערכות האקטיביות מעניינות במיוחד את יצרני האלקטרוניקה, שכן הן פותחות בפניהן שוק חדש ועתיר טכנולוגיה בתחום הגלים המילימטריים. מדובר במערכות התראה המשדרות אותות בתדרים של עשרות GHz, בכל ארבעת הכיוונים מסביב לרכב. מערכת המכ”ם קולטת את האותות, מפענחת אותן ומספקת לנהג התראות על המתרחש סביבו בזווית של 360°.
חברת פריסקייל הכריזה על סדרה חדשה של טרנזיסטורי SiGe:C המיועדים לשימוש במערכות מהסוג הזה. הם פועלים בתדר תנודה מקסימלי של 300GHz, אולם מיועדים בעיקר לשימוש ברשתות תקשורת אלחוטיות פנימיות (WLAN) הפועלות בתדרים של 60GHz, ובמערכות מכ”ם ממונעות הפועלות בתדרים של 77GHz.
חברת פריסקייל מעריכה שמדובר במערך של מכשירי מכ”ם מסוגים שונים: מערכות מכ”ם לנסיעת שיוט צפויות לפעול ברוחב פס של 77GHz ומספקות התראות בטווח של כ-200 מטרים. מערכות מכ”ם להתראה לפני התנגשויות מספקות התראה של 30 מטר ויפעלו בתדרי 77GHz, 24GHz או 76/81GHz. מערכות לאיתור אובייקטים בנקודות מתות (BSD) מספקות התראות ממרחק של 20 מטרים ופועלות לרוב בתדרי 24GHz ולעתים בשילוב (Fusion) עם חיישן תמונה (מצלמה).

טכנולוגיות סיליקון
ערכת הרכיבים של פריסקייל מיוצרת בטכנולוגיית BiCMOS בגיאומטריה של 0.18 מיקרון, המאפשרת לשלב בין המהירות של רכיבים בי-פולאריים לבין רמת האינטגרציה של רכיבי CMOS. היא כוללת רכיב מקלט ורכיב משדר הפועלים במתח של 3.3 וולט ובתדר פנימי של 38.25GHz, שהוא כמחצית מרוחב הפס של המכ”ם המיועד.
חברת אינפיניאון פיתחה מערך שלם של רכיבים בטכנולוגיית ייצור הסיליקון SiGe, אשר נועדו לספק את רוב אבני הבניין למערכות מכ”ם ממונעות. מדובר במשפחת רכיבים בשם Radar System IC, או בקיצור RASIC. הם מיועדים לעבודה בתדרי 76-77GHz ולספק את כל אבני הבניין של מערכת המכ”ם: מקמ”ש, מתנד, מהוד ועוד.
לפני כחמישה חודשים חשפה חברת Analog Devices את הרכיב AD8283, המממש פרונט-אנד אנלוגי מלא למערכת מכ”ם בכלי-רכב. הרכיב כולל 6 ערוצי כניסה כדי לקלוט אותות מכ”ם מרובים ומספק בנוסף למעגלים האנלוגיים גם ממיר ADC ברזולוציה של 12 סיביות המבצע 80 מיליון דגימות בשנייה (80MSPS). מעניין לציין שהחברה נערכת ככל הנראה לספק ערכת רכיבים מלאה למערכות מכ”ם ממונעות, שכן היא דיווחה למפתחים שהרכיב החדש מתואם לרכיב ה-  ׁ(phase locked loop) מדגם ADF4158, וביחד ניתן לממש באמצעותם מערך מכ”ם כמעט מושלם.

היכונו ל-2018
אלה רק דוגמאות. המגמה החשובה בתחום היא מעבר אל תדרים חדשים. רוב מערכות המכ”ם הממונעות כיום פועלות ברוחב פס של 24GHz, אולם המגמה היא לעבור לתדרי 70-80GHz, במטרה לשפר את הרזולוציה של המידע. לפני שלושה חודשים האריך האיחוד האירופי את רשיון השימוש במערכות 24GHz עד לשנת 2018, על-מנת לתת ליצרנים אפשרות להיערך ולצייד את המכוניות במערכות מכ”ם החדשות ברוחב פס של 79GHz. האיחוד הסביר שהסיבה העיקרית להחלטה היא שמערכות אלה לא יהיו בשלות ליישום מסחרי רחב היקף לפני שנת 2013.
האיחוד האירופי הוא כיום גוף הרגולציה הפעיל ביותר בתחום התקנת מערכות מכ”ם ממונעות. כיום איגוד התקינה האירופי מנסה להשיג תקנים סטנדרטיים שיהיו זהים או לפחות תואמים בכל העולם. הדבר חשוב לתעשיית ייצור ופיתוח מערכות המכ”ם, אולם לא פחות מכך לתעשיית הרכב האירופית. חלק מהמאמצים הללו יוצגו בעוד שנה במסגרת שבוע המיקרוגל האירופי (EuRAD 2012) שייערך באמסטרדם באוקטובר 2012.
מכל מקום, הממציאים בשוק לא ממתינים לשנת 2018. לאחרונה פרסם צוות חוקרים מאוניברסיטת וינדזור באונטריו, קנדה, שהוא הצליח לפתח מערכת מכ”ם מיניאטורית שלמה על-גבי רכיב MEMS. המכ”ם מיועד לעבוד ברוחב פס של 77GHz, ולשדר אותות ממוקדים באמצעות אנטנת רוטמן (Rotman Lens). החוקרים מאמינים שמדובר במכ”ם הזול ביותר בעולם, שמחירו הכולל נמוך מכ-120 דולר ליחידה.