安森美半導(dǎo)體傳感器的制勝之道

說(shuō)到安森美半導(dǎo)體，業(yè)內(nèi)人士估計(jì)都會(huì)想到其領(lǐng)先的電源IC。事實(shí)上，除了為行業(yè)提供超強(qiáng)的電源半導(dǎo)體以外，安森美半導(dǎo)體6年前切入的新業(yè)務(wù)傳感器也取得了快速的發(fā)展。

特別的，在汽車領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體圖像傳感器已占據(jù)了超過(guò)60%的市場(chǎng)份額，目前市場(chǎng)上超過(guò)80%的汽車ADAS圖像傳感器都是安森美半導(dǎo)體提供的。

安森美半導(dǎo)體是如何實(shí)現(xiàn)這一驕人成績(jī)的?其傳感器產(chǎn)品又有哪些獨(dú)到之處?

日前，安森美半導(dǎo)體舉辦智能感知策略和方案發(fā)布會(huì)，其智能感知部全球市場(chǎng)和應(yīng)用工程副總裁易繼輝(Sammy Yi)先生接受21ic電子網(wǎng)采訪，詳細(xì)解讀了安森美半導(dǎo)體傳感器的制勝之道。

從摩托羅拉分拆出來(lái)的半導(dǎo)體新興領(lǐng)袖

安森美半導(dǎo)體的前身是摩托羅拉半導(dǎo)體，1999年從摩托羅拉拆分出來(lái)后于2000年在美國(guó)納斯達(dá)克上市。經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，安森美半導(dǎo)體已躋身前20大集成器件制造商，位列第13位(2019年市場(chǎng)份額數(shù)據(jù))。

安森美半導(dǎo)體產(chǎn)品主要分為三個(gè)部門：電源方案部(PSG)，先進(jìn)方案部(ASG)，智能感知部(ISG)。

相比電源產(chǎn)品部51%的收入貢獻(xiàn)，智能感知部還有很大的上升空間，但成長(zhǎng)速度最快。安森美半導(dǎo)體智能感知部成立于2014年，是通過(guò)一些戰(zhàn)略性兼并、并購(gòu)而得。

擁有2000多項(xiàng)專利的現(xiàn)代圖像傳感器發(fā)明者

雖然安森美半導(dǎo)體的智能感知部成立才六年，但在成像傳感器行業(yè)卻擁有40多年的悠久歷史，具有2000多項(xiàng)成像專利。

從其收購(gòu)兼并的部分來(lái)看，安森美半導(dǎo)體的成像傳感器技術(shù)可以追溯到柯達(dá)的首款百萬(wàn)像素CCD，JPL為了阿波羅登月開(kāi)發(fā)出的全球首款CMOS圖像傳感器(1993年)，全球首款專用在汽車上的車規(guī)級(jí)CMOS圖像傳感器(2005年)等。

可以看出，安森美半導(dǎo)體在圖像傳感器發(fā)展歷程中創(chuàng)造了很多行業(yè)第一，憑借著這些技術(shù)積淀，到目前，安森美半導(dǎo)體已經(jīng)給市場(chǎng)提供了超過(guò)5億件圖像傳感器。

從三年前開(kāi)始，安森美半導(dǎo)體又陸續(xù)收購(gòu)了IBM在以色列的毫米波雷達(dá)研發(fā)中心，以及專注于飛行時(shí)間(ToF)激光雷達(dá)傳感器開(kāi)發(fā)的愛(ài)爾蘭SensL公司，從而將傳感器產(chǎn)品擴(kuò)展到雷達(dá)傳感器領(lǐng)域。

安森美半導(dǎo)體智能感知部門有三個(gè)主要的市場(chǎng)：汽車、機(jī)器視覺(jué)和邊緣人工智能。

安森美半導(dǎo)體在汽車智能感知領(lǐng)域的領(lǐng)先地位

在汽車成像市場(chǎng)(專門給人眼看)，安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器擁有超過(guò)60%的市場(chǎng)份額，在汽車感知領(lǐng)域(人工智能和機(jī)器視覺(jué))，安森美半導(dǎo)體圖像傳感器占全球市場(chǎng)份額超過(guò)80%。

2019年，在汽車市場(chǎng)銷售了近一億顆傳感器，以全球汽車銷售量平均6,500萬(wàn)輛來(lái)算，平均一輛車就有安森美半導(dǎo)體的2個(gè)攝像頭。

另外，安森美半導(dǎo)體推出了Hayabusa系列新產(chǎn)品，它革命性地實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍，是目前市場(chǎng)上具有最高的寬動(dòng)態(tài)效果且具有網(wǎng)絡(luò)安全功能的圖像傳感器。

創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)對(duì)汽車感知新挑戰(zhàn)

時(shí)下的汽車就像一個(gè)架在四個(gè)輪子上的計(jì)算機(jī)，要想讓這個(gè)汽車擁有超強(qiáng)的感知能力，離不開(kāi)各種傳感器。

例如，ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環(huán)視360度，監(jiān)控、電子車鏡、駕駛員監(jiān)控、乘務(wù)員監(jiān)控、車內(nèi)的毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。

單就汽車成像而言，目前面臨著三大挑戰(zhàn)，

一是寬動(dòng)態(tài)，例如從灰暗的地庫(kù)開(kāi)到正對(duì)太陽(yáng)強(qiáng)光的戶外，夜晚在對(duì)向遠(yuǎn)光大燈照射下感知樹(shù)蔭下的行人，這些都需要圖像傳感器具有高動(dòng)態(tài)范圍。

二是環(huán)境溫度，汽車既要能適應(yīng)零下幾十度的極寒天氣，也要能適應(yīng)動(dòng)輒上百度的惡劣環(huán)境。三是應(yīng)對(duì)LED指示牌、交通燈對(duì)圖像傳感器的挑戰(zhàn)。

三是應(yīng)對(duì)LED指示牌、交通燈對(duì)圖像傳感器的挑戰(zhàn)。

上圖顯示Hayabusa傳感器所采用的先進(jìn)技術(shù)，

在這種先進(jìn)技術(shù)支持下，Hayabusa系列產(chǎn)品一次曝光就能實(shí)現(xiàn)95dB，經(jīng)過(guò)多次曝光可以達(dá)到120dB，下一代產(chǎn)品一次曝光有望能夠達(dá)到110dB，多次曝光可以達(dá)到140dB。

Hayabusa所實(shí)現(xiàn)的寬動(dòng)態(tài)范圍可以讓汽車感知更準(zhǔn)確，幫助實(shí)現(xiàn)更高的安全性。

從上圖可以看出，Hayabusa傳感器的寬動(dòng)態(tài)范圍讓汽車可以從昏暗地道中“看到”外面強(qiáng)光中的清晰場(chǎng)景，大大提高的安全性。

另外一個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)自夜視，在幾乎沒(méi)有光的情況下，傳感器如何去“看見(jiàn)”目標(biāo)?安森美半導(dǎo)體新開(kāi)發(fā)出的近紅外+(NIR+)工藝，將近紅外光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)提高了4倍。

從圖中可以看出，采用安森美半導(dǎo)體NIR+技術(shù)的傳感器(下半部分)，可以清晰看到?jīng)]有光環(huán)境下的目標(biāo)物體，避免了安全事故的發(fā)生。

安森美半導(dǎo)體傳感器在機(jī)器視覺(jué)及邊緣計(jì)算領(lǐng)域的創(chuàng)新方案

工業(yè)4.0、工業(yè)自動(dòng)化、人工智能使機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)快速發(fā)展。同時(shí)，邊緣人工智能不斷地向新領(lǐng)域擴(kuò)展，例如新零售，智慧農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)都開(kāi)始了智能化的轉(zhuǎn)化。

一些新興設(shè)備，特別是在新冠狀病毒以后的后疫情時(shí)期，都出現(xiàn)了遠(yuǎn)程化、無(wú)人化的趨勢(shì)，這些都要求邊緣人工智能能力。而這一切都離不開(kāi)傳感器的支持。

據(jù)第三方調(diào)研公司YoleDevelopment的數(shù)據(jù)，安森美半導(dǎo)體在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的市場(chǎng)份額是第一位。

從1.3英寸固定尺寸圖像傳感器的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，分辨率在逐年提升，從過(guò)去的200萬(wàn)像素，500萬(wàn)，800萬(wàn)，1200萬(wàn)，現(xiàn)在超過(guò)2000萬(wàn)。同時(shí)，在同樣尺寸下圖像傳感器隨著像素的增大，圖像質(zhì)量也在不斷提高，帶寬也在逐年提高。

安森美半導(dǎo)體最新推出的XGS系列圖像傳感器，從200萬(wàn)像素到4500萬(wàn)像素，有11款不同像素產(chǎn)品。

該系列具有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，客戶只需要兩塊線路板設(shè)計(jì)就能支撐11款不同的傳感器，在設(shè)計(jì)上節(jié)省了大量的成本和時(shí)間。

另外一個(gè)創(chuàng)新是，在29×29mm2攝像頭中可以放進(jìn)1600萬(wàn)像素傳感器。

上圖是安森美半導(dǎo)體即將推出的一款4K產(chǎn)品的寬動(dòng)態(tài)效果圖。在這種強(qiáng)光環(huán)境下，人眼是不能看的，但這款圖像傳感器不僅能夠看清場(chǎng)景，連燈絲都能看得非常清楚。

在0.2cd/cm2光照量非常低和190,000cd/cm2光照量非常高兩種情況并存時(shí)，兩處場(chǎng)景都能看清，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人眼能力。

安森美半導(dǎo)體超低功耗傳感器ARX3A0，功耗不到2.5mW/s/幀，而且有自動(dòng)喚醒功能，平時(shí)在休眠狀態(tài)，不耗費(fèi)任何電，一旦發(fā)覺(jué)到有物體移動(dòng)時(shí)，會(huì)自己?jiǎn)拘?，同時(shí)采用了NIR+制程，夜間成像效果也非常好。它的尺寸也非常小，1/10英寸，成本很低。

傳統(tǒng)的激光雷達(dá)使用的技術(shù)是APD，也叫雪崩光電二極管。它的缺點(diǎn)是體積大、功耗高、偵測(cè)距離范圍有限、一致性不好。

安森美半導(dǎo)體采用了SiPM(硅光電倍增管)，優(yōu)勢(shì)在于它的增益是APD的1萬(wàn)倍，靈敏度是APD的2000倍，工作電壓要求非常低，只要30V，而APD則要250V。它的一致性非常好，特別在大批量生產(chǎn)的時(shí)候有助于批量化。

在激光雷達(dá)產(chǎn)品上，安森美半導(dǎo)體可以提供整體、系統(tǒng)的方案。

在激光雷達(dá)功能框架圖中，安森美半導(dǎo)體公司在激光源、激光素發(fā)射、激光素接收的器件上與合作伙伴合作，其他電子線路和激光接收器則是由安森美半導(dǎo)體自己開(kāi)發(fā)。

除了激光雷達(dá)，安森美半導(dǎo)體還提供毫米波雷達(dá)，適用范圍有：L1、L2、L3、L4、L5。在不同自動(dòng)駕駛的級(jí)別上有不同的應(yīng)用。安森美半導(dǎo)體的專有毫米波雷達(dá)技術(shù) “MIMO+”，能夠提供4D信息，可用于L3層級(jí)的自動(dòng)駕駛。

與競(jìng)爭(zhēng)方案相比，安森美半導(dǎo)體的MIMO+加上實(shí)際通道、虛擬通道，要比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手多一倍的通道。同樣性能的毫米波雷達(dá)，安森美半導(dǎo)體的可以節(jié)省50%的mmIC器件、減少優(yōu)化控制器、線路板，可以降低總體的成本。

我們也會(huì)開(kāi)發(fā)雷達(dá)信號(hào)處理，我們的對(duì)外聯(lián)接接口是按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不管是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)還是未來(lái)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。

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