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Nikkei X-TECH_2023.7.14

덴소, 밀리미터파 레이더 진화판을 2028년에 발표
350m 앞의 보행자를 인식

덴소가 밀리미터파 레이더의 진화판을 28년부터 29년에 걸쳐 실용화할 계획이다. 기존 제품에서 대폭 해상도를 높인 ‘이미징 레이더’라고 부르는 것이다. 자동차의 전방 감시용으로 350m 앞의 차량과 자전거, 보행자 등을 인식할 수 있도록 한다.

덴소가 양산 중인 밀리미터파 레이더는 탐지거리가 156m다. 수평 방향의 각도 분해능은 4도지만 수직 방향에는 각도 분해능을 갖추고 있지 않다. 이는 덴소에 국한된 이야기는 아니다. 양산차에 탑재된 대부분의 밀리미터파 레이더는 수직 방향의 각도 분해능이 떨어진다.

이미징 레이더는 이 단점을 극복할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있는 기술이다. 덴소가 개발 중인 이미징 레이더는 수평 방향과 수직 방향 각각에서 0.5도의 각도 분해능을 실현한다고 한다.

“높은 각도 분해능을 갖춤으로써 물체의 윤곽을 감지할 수 있게 된다”(덴소의 개발 담당자). 윤곽 감지를 할 수 있으면 교차로 등에서 합류하는 차량의 방향이나 움직임을 올바르게 인식할 수 있게 되므로 충돌 위험성을 정확하고 쉽게 판단할 수 있게 된다. 좁은 길을 주행할 때 노상 주차 등 장애물의 크기를 정확하게 파악해 빠져나갈 수 있는지 판단하는 경우에도 유효하다.

현행 밀리미터파 레이더보다 원거리까지 탐지할 수 있기 때문에 고속도로 자율주행 시스템에서도 유용하다. 예를 들면, 300m 앞에서 서로 중첩되는 2대의 자동차를 개별적으로 파악할 수 있게 된다. 점군 데이터의 출력이 가능한 점은 LiDAR(레이저 레이더)와 같지만 저비용 측면에서는 이미징 레이더가 더 쉽다.

-- 앞서는 독일의 대형 부품업체 --
이미징 레이더의 양산화에서 덴소는 후발주자다. 앞서고 있는 것은 독일의 대형 부품업체들이다. 독일 콘티넨탈은 탐지거리 300m의 품종 ‘ARS540’을 준비한다. ZF는 감지거리 350m의 이미징 레이더를 양산중이다. 보행자의 경우는 200m 앞까지 파악할 수 있다고 한다.

“성능은 인정하지만 크기가 커서 탑재하기 어렵다”. 한 국내 자동차회사에서 첨단운전자보조시스템(ADAS) 개발을 담당하는 기술자의 말처럼 이미징 레이더의 과제는 소형/경량화다.

예를 들어 콘티넨탈의 ARS540은 치수가 137mm×90mm×39mm(커넥터 제외)로 질량은 약 500g이다. 전방 감시용 밀리미터파 레이더로서 양판 차량에 널리 탑재되고 있는 ‘ARS510’은 치수가 83mm×69mm×22mm(커넥터 제외)로 질량은 140g이다. ZF의 이미징 레이더도 치수나 질량에서 콘티넨탈의 ARS540과 동등한 것으로 보인다.

이 부분에서 후발주자인 덴소가 역전할 수 있는 희망이 있다. 덴소는 개발하는 제품의 치수나 질량에 관한 개발 목표를 공개하지 않았지만 경쟁 제품의 절반 이하를 목표로 하고 있는 것으로 보인다.

이미징 레이더의 소형/경량화를 위해 중요한 것은 (1) 방열 대책과 (2) 송수신 IC의 최적화이다.

첫 번째 방열 대책은 콘티넨탈의 ARS540의 뒷면을 보면 일목요연하다. 금속 용기에 방열핀이 배치되어 있다. 각도 분해능을 높여 고해상도로 하려면 통신용 IC인 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)로 송수신하는 밀리미터파의 채널 수를 늘릴 필요가 있다.

“수집한 데이터의 처리량도 많아지면서 열 발생량은 기존 밀리미터파 레이더부터 현격히 늘어난다”(덴소의 개발 담당자). 방열 대책인 히트싱크를 어디까지 삭감할 수 있을지가 부품업체의 실력이 드러나는 부분이 될 것이다.

두 번째 포인트가 송수신 IC의 최적화이다. 전방 감시용 밀리미터파 레이더용 MMIC는 지금까지 송신용과 수신용의 2개 칩으로 나누어져 있었지만 송수신용으로 1칩화되기 시작한 단계다. 일반적인 것이 송신3×수신4의 총 12채널의 MMIC를 탑재하는 밀리미터파 레이더이다.

이미징 레이더에서는 이 MMIC를 4개 탑재하는 경우가 많다. ZF의 양산품은 송신12×수신16의 총 192채널이다. MMIC를 4개 내장하면 아무래도 레이더의 크기는 커지게 된다. 보다 많은 채널 수에 대응하는 MMIC를 요구하는 목소리가 커지기 시작했다.

소형화에 대비해 MMIC를 제공하는 반도체 업체도 개발을 강화하고 있다. 예를 들면 미국 Texas Instruments(TI)는 이미징 레이더의 레퍼런스 디자인을 준비. MMIC의 탑재 수나 안테나 설계 등에서 유연성을 갖추면서 “데이터를 처리하는 기능은 별개의 ECU(전자 제어 유닛) 측이 담당하는 것도 고려하고 있다”(TI의 담당자).

반도체 기업 Renesas Electronics도 이미징 레이더 시장에 관심을 보이고 있다. 독자적인 레이더 기술을 개발해 16년에 창업한 인도의 스타트업 기업 Steradian Semiconductors를 22년에 인수. 고집적에 의한 소형화와 전력의 고효율화를 실현하는 MMIC 등을 제공해 나갈 생각이다.

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