自被引入自動駕駛系統(tǒng)，成為無人車安全行駛必備的三維視覺傳感器至今，基于直接飛行時間（dToF）技術的激光雷達（LiDAR）已從單一的電機旋轉掃描式發(fā)展出多種體制，如旋轉棱鏡、MEMS振鏡、Flash陣列等。每一款商用化LiDAR產品的推出，都推動著其向更小體積、更低成本、更易量產的方向發(fā)展。

目前LiDAR產品的演進，主要是由光學系統(tǒng)的精密化來推動的，而光電傳感器、激光驅動器、前端接收電路、后端處理芯片等均沒有太大變化，若無法使這些關鍵電路達到更高的集成度、更全面的功能、更高的性能，激光雷達的發(fā)展將會進入顯而易見的瓶頸期。傳統(tǒng)旋轉掃描式和MEMS振鏡式LiDAR受到前端光電探測器及其接收電路在集成度和性能等方面的限制，其空間分辨率和靈敏度難以提升，對探測小體積和遠距離的目標物常常力有不逮。

單光子雪崩二極管（SPAD）傳感器、垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、高低壓數(shù)?；旌?a target="_blank">集成電路等技術的發(fā)展為LiDAR帶來了更多的可能性和更廣闊的應用空間?；赩CSEL和SPAD陣列的dToF技術是公認的實現(xiàn)小型化、低成本、易量產LiDAR的一條重要路徑。

在出射光源受到人眼安全、功耗等條件限制時，遠距離目標物反射回LiDAR接收系統(tǒng)的光強會隨著距離的增加急劇減弱，甚至被弱化至單個光子的級別。而正如其名稱，SPAD是一種可以被弱光觸發(fā)的光電二極管，同時具有體積小、靈敏度高等特點，可以與后端處理電路一同被集成在單顆芯片上，實現(xiàn)多像素3D圖像傳感器，使得基于SPAD的探測芯片可廣泛適用于移動終端、智能家居、智慧交通、工業(yè)機器人以及自動駕駛等領域。蘋果公司即在今年初發(fā)布的2020款iPad Pro上搭載了基于SPAD陣列的dToF傳感器。相比于智能手機上常用的間接飛行時間（iToF）傳感器，dToF具有靈敏度高、測量距離遠、功耗低、抗多路徑干擾強等優(yōu)點。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，針對移動設備遠距離三維感知的需求，寧波芯輝科技有限公司（以下簡稱「芯輝科技」）近日發(fā)布了基于dToF探測的XHS301芯片，該芯片采用其行業(yè)領先的dToF單光子探測技術，XHS301為32 x 32 x 4分辨率、超30fps的刷新率，在單芯片上實現(xiàn)了核心感光器件SPAD陣列及精準測距電路、多種測距精度優(yōu)化和抗背景光干擾算法的高度集成，內置經低功耗優(yōu)化的專用數(shù)字處理算法（DSP）和圖像處理算法（ISP），可以在不超過200mW的整體超低功耗下實現(xiàn)超15米的遠距離高精度探測。

圖1 XHS301芯片照片

圖2 XHS301樣機

圖3 XHS301探測的點云圖

“芯輝團隊主要成員均為國內的博士和碩士，從2014年開始專注于芯片化激光雷達技術研究，最新SPAD芯片的成功開發(fā)表明，芯輝團隊的技術水平完全不輸于國外最先進水平。在今年下半年，我們還將推出QVGA分辨率的dToF SPAD探測芯片，更貼近增強現(xiàn)實（AR）、智能家居等市場的應用需求?！薄感据x科技」聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO劉馬良博士介紹說，“同時，我們相信傳統(tǒng)旋轉式和MEMS式LiDAR不會立刻被淘汰，更高性能和更高集成度的前端模擬芯片將有效提升旋轉式和MEMS振鏡式LiDAR的視場角、空間分辨率和距離精度，大幅縮小LiDAR的成本和體積，為LiDAR打開更廣泛的應用場景和市場空間。未來芯輝將向市場提供含有傳感器芯片、激光器驅動芯片、自動化標定系統(tǒng)及三維圖像算法的一站式解決方案。”

據(jù)介紹，除最新發(fā)布的單光子探測陣列芯片XHS301外，「芯輝科技」還量產了多款可應用于線性模式探測激光雷達的專用芯片，包括多通道跨阻放大器（XTA1620/XTA0820）、多回波高精度時間數(shù)字轉換器（XTD50）、高速模數(shù)轉換器（XAD1010），以及集成度更高的多模塊激光雷達接收芯片，適用于MEMS振鏡式、旋轉掃描式等多種體制激光雷達。

XTA1620/XTA0820是16/8通道低噪聲跨阻放大器，適用于線性模式APD前端探測電路。均具有4檔可調增益，內置輸出驅動電路，具有50Ω負載電阻驅動能力。

XTD50是針對dToF激光雷達特殊優(yōu)化的高精度高線性度的單通道時間數(shù)字轉換器芯片。該芯片內置數(shù)據(jù)處理電路，可快速獲取并處理多個終止信號，時間分辨率優(yōu)于50ps，適用于激光雷達多回波探測和有效信號篩選。

XAD1010是一款適用于線性模式激光雷達回波信號全波形采樣的高速模數(shù)轉換器，在獲取目標距離信息的同時捕捉回波的強度信息，提高激光雷達探測精度和探測效率。

「芯輝科技」聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO馬瑞博士說：“芯輝團隊以自主可控為前提，具有深厚的模擬芯片設計積淀，掌握100余項相關的授權發(fā)明專利，是極少數(shù)完全在國內完成光電傳感器件、混合信號集成電路、及芯片參考設計等核心技術開發(fā)的公司。隨著激光雷達市場發(fā)展以及國產芯片替代進程的加速，芯輝科技將持續(xù)提供更貼近市場需求的產品，為客戶創(chuàng)造更多價值。歡迎全球優(yōu)秀的行業(yè)人才加入芯輝，與我們的伙伴們、客戶們持續(xù)創(chuàng)新、共同創(chuàng)造、共同成長，使「芯輝科技」成為具備全球競爭力的光電類集成電路設計企業(yè)?！?br /> 責任編輯:pj