Flash純固態(tài)激光雷達(dá)，需要更高分辨率的SPAD陣列

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）隨著ADAS的滲透率持續(xù)提高，各大車企都在提前布局高階的輔助駕駛硬件。激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵傳感器之一，已經(jīng)開始大規(guī)模在智能汽車上布局，多款量產(chǎn)車型已經(jīng)配備一臺(tái)甚至多臺(tái)激光雷達(dá)。

與此同時(shí)，激光雷達(dá)也在同步發(fā)展，從最初的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，到轉(zhuǎn)鏡，再到MEMS等方案激光雷達(dá)逐步邁向固態(tài)化。去年年底，禾賽、速騰聚創(chuàng)等國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)公司推出了Flash純固態(tài)補(bǔ)盲激光雷達(dá)，擺脫了所有的活動(dòng)部件。

激光雷達(dá)的分辨率也在不斷提高，對(duì)于純固態(tài)的Flash激光雷達(dá)而言，分辨率由發(fā)射端的角分辨率和接收端的傳感器像素量決定，要想提高Flash激光雷達(dá)分辨率，可以從縮小視場(chǎng)角和提高傳感器像素量?jī)煞矫嬷帧?br />
Flash激光雷達(dá)分辨率提升需要SPAD升級(jí)

目前激光雷達(dá)的接收端傳感器，要采用兩種方案，分別是APD（雪崩光電二極管）和SPAD（單光子雪崩二極管）。其中由多個(gè)SPAD并聯(lián)組成的探測(cè)器，也被稱為SiPM（硅光電倍增管），目前激光雷達(dá)一般會(huì)直接采用SiPM作為探測(cè)器，而不是單個(gè)的SPAD。

APD與光電二極管其實(shí)相似，光電二極管在接收到光子后，光子能夠增大其反向電流，但無法擊穿。APD在光電二極管的基礎(chǔ)上，增加接近于擊穿電壓的反向電壓，那么這意味著只需要少量的光子就能夠誘發(fā)“雪崩擊穿”，反向電流急劇增大，實(shí)現(xiàn)高靈敏度的光子探測(cè)。

SPAD則是在APD的基礎(chǔ)上更加極端，直接在光電二極管上施加反向電壓使其處于擊穿狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候最少只需要一個(gè)光子擊中光電二極管中的電子，就能誘發(fā)“雪崩擊穿”。因此相比APD，SPAD靈敏度更高，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)光子的探測(cè)。

所以，對(duì)于Flash激光雷達(dá)而言，分辨率提升需要SPAD的進(jìn)一步升級(jí)，包括像素尺寸和芯片面積持續(xù)縮小，提高SPAD集成度、吸收效率等。

國(guó)內(nèi)多家初創(chuàng)企業(yè)入局，沖擊高分辨率SPAD

近年來隨著激光雷達(dá)行業(yè)的發(fā)展，在上游方面，國(guó)內(nèi)也有多家初創(chuàng)企業(yè)入局SPAD，并在近期推出相關(guān)高性能產(chǎn)品。

一直以來，激光雷達(dá)探測(cè)器領(lǐng)域，主要由海外廠商，比如安森美、索尼、松下濱松電子、艾邁斯歐司朗等。索尼在2021年推出了首款激光雷達(dá)SPAD陣列傳感器 IMX459，在1/2.9英寸的傳感器面積下放進(jìn)了11萬個(gè)SPAD像素，其分辨率為189×600。

安森美針對(duì)車載激光雷達(dá)應(yīng)用，推出了Pandion SPAD陣列，分辨率為400×100陣列尺寸14 mm×3 mm，像素間距38.6 um，采用卷簾快門讀出（100通道并行讀出），被動(dòng)淬滅主動(dòng)復(fù)位(PQAR)特性可獲得<5 ns恢復(fù)時(shí)間，擊穿電壓達(dá)3.3 V以上。

而有史以來最高分辨率的SPAD陣列是由松下推出，不過暫未看到量產(chǎn)計(jì)劃。松下此前展示的一款應(yīng)用于長(zhǎng)距離激光雷達(dá)的SPAD陣列，分辨率達(dá)到1200×900，像素高達(dá)108萬，能夠適配探測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)250米，分辨率10cm的長(zhǎng)距離激光雷達(dá)，像素尺寸僅6um。

而國(guó)內(nèi)方面，近年來初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)展神速，包括靈明光子、阜時(shí)科技、南京新視界、北極芯微、識(shí)光芯科等都推出了高分辨率的激光雷達(dá)SPAD陣列芯片。

今年8月，阜時(shí)科技發(fā)布了全固態(tài)激光雷達(dá)面陣SPAD芯片F(xiàn)L6031，集成360×150的SPAD像素陣列，有效像素超過50k，并滿足上車要求。FL6031使用了最先進(jìn)的3D Stacking工藝，集成了強(qiáng)大的數(shù)模混合電路，搭配以異步處理的芯片架構(gòu)，能以更低功耗，更快速度處理高達(dá)200萬pts/s點(diǎn)頻或者20Hz幀率的直方圖數(shù)據(jù)。

據(jù)稱 ，阜時(shí)科技對(duì)其目標(biāo)是迭代出有效分辨率超過VGA（640×480）的激光雷達(dá)接收芯片，而FL6031已經(jīng)向合作伙伴進(jìn)行送樣。

在今年8月，靈明光子發(fā)布了一款應(yīng)用于純固態(tài)激光雷達(dá)領(lǐng)域的SPADIS面陣型ADS6311芯片，這款芯片感光區(qū)域配備了768×576個(gè)SPAD，每3×3個(gè)SPAD組成一個(gè)超像素，從而實(shí)現(xiàn)了256×192的點(diǎn)云分辨率，是目前市場(chǎng)上分辨率頂級(jí)的純固態(tài)激光雷達(dá)SPADIS芯片之一。

靈明光子此前最新一代SiPM產(chǎn)品在今年一季度通過了AEC-Q102 Grade 1車規(guī)級(jí)認(rèn)證，產(chǎn)品性能可滿足車規(guī)激光雷達(dá)對(duì)性能及可靠性的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。公司表示SiPM產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，導(dǎo)入國(guó)際頭部激光雷達(dá)廠商并大規(guī)模應(yīng)用于多個(gè)量產(chǎn)車型。

寫在最后

實(shí)際上目前在相機(jī)領(lǐng)域，佳能也已經(jīng)推出了百萬像素的SPAD，不過對(duì)于激光雷達(dá)而言，或許是市場(chǎng)需求或是車載環(huán)境上的可靠性問題，車載激光雷達(dá)目前的SPAD陣列像素仍在迭代升級(jí)的過程中。相信隨著Flash固態(tài)激光雷達(dá)的陸續(xù)上車，也將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上游的傳感器廠商加速推進(jìn)技術(shù)迭代。