電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）上周我們報道了一款新推出的激光雷達(dá)ASIC方案，值得關(guān)注的是該方案中與ASIC搭配的傳感器均選擇了SiPM。當(dāng)然從成本的角度來看，作為第三方的激光雷達(dá)ASIC方案，SiPM對于目前主流200線以內(nèi)的激光雷達(dá)更具優(yōu)勢，這是從產(chǎn)品定義的角度考慮。

而從行業(yè)的趨勢來看，像禾賽、速騰聚創(chuàng)等頭部廠商聚焦數(shù)字化激光雷達(dá)的路線表明，SPAD正在取代SiPM成為激光雷達(dá)的接收端傳感器。

SiPM、SPAD有什么區(qū)別？

目前市面上的車載激光雷達(dá)主要接收芯片是APD（雪崩光電二極管）和SPAD（單光子雪崩二極管）/SiPM（硅光電倍增管），比如圖達(dá)通Falcon激光雷達(dá)接收部分采用了4個APD；速騰聚創(chuàng)M1上用的是來自濱松的SiPM。

首先我們要知道，二極管雖然具有單向?qū)щ姷奶匦?，但在反向電壓較大的情況下，也能讓二極管擊穿。APD是在光電二極管的基礎(chǔ)上，施加一定的反向電壓，令光電二極管只需要少量的光子輸入就能夠誘發(fā)二極管的雪崩擊穿，反向電流急劇增大，實現(xiàn)高靈敏度的光子探測。

不過，由于APD的靈敏度和抗干擾性相比SPAD以及SiPM更低，所以目前新的激光雷達(dá)逐漸不再選擇APD作為接收器。

SPAD則是在APD的基礎(chǔ)上，直接在光電二極管上施加反向電壓使其處于擊穿狀態(tài)，這個時候最少只需要一個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，可以實現(xiàn)單個光子的探測，所以也形象稱之為“單光子雪崩二極管”。

一般說激光雷達(dá)SPAD的時候，是指SPAD陣列，也被稱為SPADs，即接收器是由多個SPAD單元組成的陣列直接輸出數(shù)字信號。所以使用SPAD陣列作為接收器的激光雷達(dá)，會有廠商將其宣傳為數(shù)字激光雷達(dá)。

SiPM跟SPAD陣列實際上在物理結(jié)構(gòu)上是類似的，都是由多個SAPD感光單元組合而成。但實際應(yīng)用的傳感器中，SiPM由多個SPAD并聯(lián)而成，最終輸出帶有動態(tài)分辨能力的模擬信號，即通過發(fā)生雪崩的SPAD數(shù)量來判斷輸入光子的強度。

在激光雷達(dá)中，還需要通過一系列外部的模擬信號處理電路，對SiPM輸出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再輸出至ASIC或是FPGA、SoC等主控芯片進(jìn)行處理。

因此，我們可以認(rèn)為，SiPM跟SPAD陣列的區(qū)別，就是SiPM輸出的是模擬信號，而SPAD陣列輸出的是數(shù)字信號。

SPAD的應(yīng)用趨勢

Yole在最新的報告中統(tǒng)計到，在2018年，全球所有激光雷達(dá)產(chǎn)品中接收器均采用APD；到了2024年，激光雷達(dá)接收器市場出現(xiàn)了巨大的變化，SiPM成為主流，占比高達(dá)69%，SPAD在2024年嶄露頭角，占比18%，而APD占比下降至13%。

在2024年，SPAD僅由華為的激光雷達(dá)產(chǎn)品使用，而激光雷達(dá)市場份額最大的玩家，禾賽和速騰聚創(chuàng)，車載激光雷達(dá)均采用SiPM。APD的份額主要是由于像采用1550nm光源的圖達(dá)通Seyond，以及法雷奧的老款激光雷達(dá)產(chǎn)品還在使用。

在yole的估算中，預(yù)計到2030年，SPAD在車載激光雷達(dá)市場中份額將提升至33%，SiPM下降至61%，APD份額則進(jìn)一步縮小至6%。2035年，SPAD占比將達(dá)到49%，超越SiPM的48%份額，而APD繼續(xù)下降至3%。

不過，也有不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，SPAD替代SiPM的進(jìn)程會比yole預(yù)測的更快。

由于車規(guī)SPAD陣列接收器芯片，目前有能力量產(chǎn)的廠商不多，產(chǎn)品選擇也不多。華為率先在其192線遠(yuǎn)距激光雷達(dá)中采用了索尼IMX459 車規(guī)級SPAD傳感器，值得一提的是速騰聚創(chuàng)在今年推出的數(shù)字化激光雷達(dá)EMX同樣是192線，官方資料中顯示其采用SPAD-SoC芯片，其中的SPAD或許也是IMX459。

其實從近一年各家激光雷達(dá)大廠推出的產(chǎn)品來看，SPAD的技術(shù)趨勢確實已經(jīng)基本確定，像速騰聚創(chuàng)在今年陸續(xù)推出的EMX、EM4等長距激光雷達(dá)，圖達(dá)通靈雀E2主視雷達(dá)，均采用SPAD-SoC的方案。禾賽也在持續(xù)布局SPAD技術(shù)，自研了3D堆疊SPAD面陣探測器，將應(yīng)用到下一代車載遠(yuǎn)距激光雷達(dá)上。

另一個SPAD大量應(yīng)用到的產(chǎn)品是短距的補盲雷達(dá)，比如禾賽的FT120、FTX，速騰聚創(chuàng)的E1，圖達(dá)通的靈雀E2等。補盲激光雷達(dá)由于對探測距離要求較低，對小體積要求較高，因此多數(shù)采用Flash的純固態(tài)方案。

對于純固態(tài)的Flash激光雷達(dá)而言，分辨率取決于發(fā)射端激光功率和發(fā)散角，以及接收端的傳感器像素量，因為單位面積能夠提供更多的像素，所以SPAD陣列成為Flash激光雷達(dá)的統(tǒng)一選擇。

可以預(yù)見的是，未來激光雷達(dá)數(shù)字化的趨勢下，SPAD將會迅速席卷激光雷達(dá)市場，這也將會帶來非常大的機會。除了頭部廠商選擇自研之外，還有更多的國內(nèi)芯片廠商在布局SPAD產(chǎn)品，包括靈明光子、芯視界、阜時科技、識光芯科等都在開發(fā)車規(guī)產(chǎn)品。

當(dāng)然索尼在SPAD領(lǐng)域起步較早，尤其是車規(guī)產(chǎn)品上仍具備很大優(yōu)勢。幾天前索尼發(fā)布了IMX459的下一代產(chǎn)品IMX 479，毫無疑問這也會是接下來一些高端車載激光雷達(dá)的選擇。