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    Flash纯固态激光雷达,需要更高分辨率的SPAD阵列

    Hobby观察 ? 来源:电子发烧友网 ? 作者:梁浩斌 ? 2023-09-22 09:06 ? 次阅读

    电子发烧友网报道(文/梁浩斌)随着ADAS的渗透率持续提高,各大车企都在提前布局高阶的辅助驾驶硬件。激光雷达作为自动驾驶的关键传感器之一,已经开始大规模在智能汽车上布局,多款量产车型已经配备一台甚至多台激光雷达。

    与此同时,激光雷达也在同步发展,从最初的机械旋转式激光雷达,到转镜,再到MEMS等方案激光雷达逐步迈向固态化。去年年底,禾赛、速腾聚创等国内激光雷达公司推出了Flash纯固态补盲激光雷达,摆脱了所有的活动部件。

    激光雷达的分辨率也在不断提高,对于纯固态的Flash激光雷达而言,分辨率由发射端的角分辨率和接收端的传感器像素量决定,要想提高Flash激光雷达分辨率,可以从缩小视场角和提高传感器像素量两方面着手。

    Flash激光雷达分辨率提升需要SPAD升级

    目前激光雷达的接收端传感器,要采用两种方案,分别是APD(雪崩光电二极管)和SPAD(单光子雪崩二极管)。其中由多个SPAD并联组成的探测器,也被称为SiPM(硅光电倍增管),目前激光雷达一般会直接采用SiPM作为探测器,而不是单个的SPAD。

    APD与光电二极管其实相似,光电二极管在接收到光子后,光子能够增大其反向电流,但无法击穿。APD在光电二极管的基础上,增加接近于击穿电压的反向电压,那么这意味着只需要少量的光子就能够诱发“雪崩击穿”,反向电流急剧增大,实现高灵敏度的光子探测。

    SPAD则是在APD的基础上更加极端,直接在光电二极管上施加反向电压使其处于击穿状态,这个时候最少只需要一个光子击中光电二极管中的电子,就能诱发“雪崩击穿”。因此相比APD,SPAD灵敏度更高,可以实现单个光子的探测。

    所以,对于Flash激光雷达而言,分辨率提升需要SPAD的进一步升级,包括像素尺寸和芯片面积持续缩小,提高SPAD集成度、吸收效率等。

    国内多家初创企业入局,冲击高分辨率SPAD

    近年来随着激光雷达行业的发展,在上游方面,国内也有多家初创企业入局SPAD,并在近期推出相关高性能产品

    一直以来,激光雷达探测器领域,主要由海外厂商,比如安森美、索尼、松下滨松电子、艾迈斯欧司朗等。索尼在2021年推出了首款激光雷达SPAD阵列传感器 IMX459,在1/2.9英寸的传感器面积下放进了11万个SPAD像素,其分辨率为189×600。

    安森美针对车载激光雷达应用,推出了Pandion SPAD阵列,分辨率为400×100阵列尺寸14 mm×3 mm,像素间距38.6 um,采用卷帘快门读出(100通道并行读出),被动淬灭主动复位(PQAR)特性可获得<5 ns恢复时间,击穿电压达3.3 V以上。

    而有史以来最高分辨率的SPAD阵列是由松下推出,不过暂未看到量产计划。松下此前展示的一款应用于长距离激光雷达的SPAD阵列,分辨率达到1200×900,像素高达108万,能够适配探测距离长达250米,分辨率10cm的长距离激光雷达,像素尺寸仅6um。

    而国内方面,近年来初创企业进展神速,包括灵明光子、阜时科技、南京新视界、北极芯微、识光芯科等都推出了高分辨率的激光雷达SPAD阵列芯片。

    今年8月,阜时科技发布了全固态激光雷达面阵SPAD芯片FL6031,集成360×150的SPAD像素阵列,有效像素超过50k,并满足上车要求。FL6031使用了最先进的3D Stacking工艺,集成了强大的数模混合电路,搭配以异步处理的芯片架构,能以更低功耗,更快速度处理高达200万pts/s点频或者20Hz帧率的直方图数据。

    据称 ,阜时科技对其目标是迭代出有效分辨率超过VGA(640×480)的激光雷达接收芯片,而FL6031已经向合作伙伴进行送样。

    在今年8月,灵明光子发布了一款应用于纯固态激光雷达领域的SPADIS面阵型ADS6311芯片,这款芯片感光区域配备了768×576个SPAD,每3×3个SPAD组成一个超像素,从而实现了256×192的点云分辨率,是目前市场上分辨率顶级的纯固态激光雷达SPADIS芯片之一。

    灵明光子此前最新一代SiPM产品在今年一季度通过了AEC-Q102 Grade 1车规级认证,产品性能可满足车规激光雷达对性能及可靠性的严苛标准。公司表示SiPM产品已经实现大规模量产,导入国际头部激光雷达厂商并大规模应用于多个量产车型。

    写在最后

    实际上目前在相机领域,佳能也已经推出了百万像素的SPAD,不过对于激光雷达而言,或许是市场需求或是车载环境上的可靠性问题,车载激光雷达目前的SPAD阵列像素仍在迭代升级的过程中。相信随着Flash固态激光雷达的陆续上车,也将推动产业链上游的传感器厂商加速推进技术迭代。






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