高集成度大面陣SPAD-SoC：面向ADAS前裝量產(chǎn)、L4/5自動(dòng)駕駛等應(yīng)用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）近日，識(shí)光發(fā)布高集成度大面陣SPAD-SoC SQ100，真正實(shí)現(xiàn)靈活分區(qū)的2D可尋址SPAD-SoC。SQ100面向ADAS前裝量產(chǎn)、L4/5自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化等應(yīng)用，一塊芯片即可覆蓋短、中、長(zhǎng)距的探測(cè)需求，適配多種掃描方式。

識(shí)光芯科高集成度大面陣SPAD-SoC SQ100

SPAD-SoC是一種高度集成化的芯片設(shè)計(jì)，它將單光子雪崩二極管（SPAD）陣列、信號(hào)處理電路、存儲(chǔ)單元以及控制邏輯等多個(gè)功能模塊集成在單一芯片上。

SPAD陣列是SPAD-SoC的核心部分，由多個(gè)SPAD像素單元組成，每個(gè)像素都能獨(dú)立探測(cè)到單個(gè)光子的存在。負(fù)責(zé)接收并探測(cè)激光回波信號(hào)中的光子，將光子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。SPAD陣列具有高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍和低噪聲等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的距離測(cè)量和三維成像。

信號(hào)處理電路包括前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等模塊。前置放大器，對(duì)SPAD陣列輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大，提高信號(hào)的信噪比。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行同步、濾波、尋峰、降噪、補(bǔ)償?shù)忍幚?，?shí)現(xiàn)高精度的距離測(cè)量和三維成像。

存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)處理過程中的中間數(shù)據(jù)和最終結(jié)果，確保數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。在SPAD-SoC中，存儲(chǔ)單元通常與DSP緊密集成，以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)交換和處理。

控制邏輯負(fù)責(zé)整個(gè)SPAD-SoC芯片的控制和協(xié)調(diào)，包括時(shí)序控制、模塊調(diào)度、錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正等。控制邏輯的設(shè)計(jì)需要考慮到芯片的整體性能和功耗平衡，確保芯片在各種工作條件下都能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

識(shí)光芯科發(fā)布的高集成度大面陣SPAD-SoC SQ100，SPAD分辨率為768 (H) x 576 (V)，具有3x3，6x6，3xn等多種binning方式；在垂直方向可按照4/8/16個(gè)像素進(jìn)行分區(qū)，在水平方向可按照8/16/32/48/64/…/256個(gè)像素進(jìn)行分區(qū)。

SQ100提供了超靈活分區(qū)的2D可尋址方案，在真正解決行業(yè)長(zhǎng)期面臨的“高反污染”問題的同時(shí)，還能保持高幀率和遠(yuǎn)測(cè)距能力，掃清了VCSEL+SPAD量產(chǎn)路線上最重要的性能阻礙。

識(shí)光獨(dú)有的SPAD-SoC系列產(chǎn)品，以自研的全芯片化技術(shù)為基礎(chǔ)，將高性能BSI SPAD、高精度時(shí)鐘采樣矩陣(TDC)、單光子測(cè)距引擎(TCSPC)、高并發(fā)dToF感知算法加速器(DSP)、激光雷達(dá)控制中心(Lidar Controlling Master)、高速數(shù)據(jù)接口等關(guān)鍵模塊集成到一塊芯片上。

識(shí)光提供的是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)片上海量數(shù)據(jù)高速采集與處理、激光雷達(dá)系統(tǒng)控制、外部算法定制集成等功能的片上完整激光雷達(dá)系統(tǒng)。

SPAD-SoC的特性及應(yīng)用

SPAD-SoC有高集成化、全數(shù)字化架構(gòu)、高性能與高效能、靈活分區(qū)與2D可尋址、低功耗與低發(fā)熱等特點(diǎn)。高集成化：通過將多個(gè)功能模塊集成到單顆芯片上，SPAD-SoC大幅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了激光雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。這種高度集成的設(shè)計(jì)還使得激光雷達(dá)整機(jī)更加緊湊，便于在車載、機(jī)載等應(yīng)用場(chǎng)景中使用。

全數(shù)字化架構(gòu)：SPAD-SoC采用全數(shù)字化架構(gòu)，從光子進(jìn)入激光雷達(dá)到轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再到數(shù)據(jù)處理和點(diǎn)云呈現(xiàn)，整個(gè)過程都是數(shù)字化的。這種架構(gòu)解決了數(shù)模模數(shù)二次轉(zhuǎn)換帶來的損耗與失真問題，提高了信噪比和精度。

高性能與高效能：SPAD-SoC集成了高性能的SPAD陣列和高精度的時(shí)鐘采樣矩陣，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的單光子探測(cè)和測(cè)距。同時(shí)，芯片內(nèi)集成的數(shù)字信號(hào)處理單元能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，提高了系統(tǒng)的整體效能。

靈活分區(qū)與2D可尋址：部分先進(jìn)的SPAD-SoC產(chǎn)品，如識(shí)光芯科的 SQ100，提供了超靈活分區(qū)的2D可尋址方案，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)像素進(jìn)行分區(qū)和尋址。這種方案在解決“高反污染”問題的同時(shí)，還能保持高幀率和遠(yuǎn)測(cè)距能力。

低功耗與低發(fā)熱：由于采用了先進(jìn)的CMOS工藝和高度集成化的芯片設(shè)計(jì)，SPAD-SoC在功耗和發(fā)熱量方面表現(xiàn)優(yōu)異。這使得SPAD-SoC更加適合在嵌入式、移動(dòng)設(shè)備、車載等低功耗應(yīng)用場(chǎng)景中使用。

SPAD-SoC芯片在自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、XR等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，它作為激光雷達(dá)的核心部件，為車輛提供了強(qiáng)大的環(huán)境感知能力；在機(jī)器人領(lǐng)域，它幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的定位和導(dǎo)航；在XR領(lǐng)域，它則為用戶提供了更加真實(shí)和沉浸式的體驗(yàn)。

除了識(shí)光芯科，也有其他廠商在SPAD-SoC領(lǐng)域有所布局，如索尼，索尼于2021年發(fā)布了首款車載大面陣SPAD芯片IMX459，該芯片在2023年正式量產(chǎn)。IMX459具有113400個(gè)SPAD像素，通過Bining 3×3 SPAD的配置后構(gòu)成一個(gè)宏像素，實(shí)現(xiàn)了較高的分辨率。IMX459主要搭載在華為和一徑激光雷達(dá)上，用于車載激光雷達(dá)系統(tǒng)。

寫在最后

可以看到，SPAD-SoC的結(jié)構(gòu)是一種高度集成化的芯片設(shè)計(jì)，它將SPAD陣列、信號(hào)處理電路、存儲(chǔ)單元和控制邏輯等多個(gè)功能模塊集成在單一芯片上，實(shí)現(xiàn)了從光子探測(cè)到數(shù)字信號(hào)輸出的全過程。這種設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，還降低了成本和功耗，可以為激光雷達(dá)等應(yīng)用提供更加高效和可靠的解決方案。