不惧汽车产业寒冬，激光雷达核心元器件厂商热情澎湃！
2020-01-02 15:49:11   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

『第二十八届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』下半场报道

从2017年起，由麦姆斯咨询和博闻创意共同举办的『“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』影响力与日俱增，现已成为激光雷达（LiDAR）产业链厂商分享技术进展和产业动态的年度盛会！2019年12月19日，『第二十八届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』在深圳会展中心举办。在下半场研讨会上，宜普电源（EPC）、艾迈斯半导体（ams）、滨松（Hamamatsu）、安森美半导体（ON Semiconductor）、Lumentum、炬佑智能、中山大学、亚德诺半导体（ADI）等国内外激光雷达核心元器件厂商和高校展示了对激光雷达技术的深刻理解，各位演讲嘉宾直面挑战、热情澎湃，为车载激光雷达应用落地积极布局！

『第二十八届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』现场

1. 宜普电源《基于氮化镓（eGaN）器件的激光雷达可以看得更远、更快速、更清晰》

宜普电源应用工程总监John Glaser先生介绍GaN技术优势

John Glaser先生从ToF（飞行时间）激光雷达的工作原理开始，分析了dToF（直接飞行时间）和iToF（间接飞行时间）工作方式对激光脉冲波形和功率的要求。脉冲越窄，分辨率越高；功率越高，探测距离越远，但功率受限于激光器发热损耗和人眼安全要求。那么为什么要选择GaN（氮化镓）技术作为激光驱动器？John Glaser先生分享了GaN FET（氮化镓场效应管）相比硅基MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）的一些优势：电容和电阻更小，因此电容与电阻乘积（时间常数）更小，开关速度更快，提供更高脉冲重复频率；采用芯片级封装，封装方式简单，寄生电感极小；封装后的尺寸小，更容易与激光器集成等等。

GaN FET封装尺寸更小、寄生电感更低

GaN FET的芯片设计和版图布局看似简单，其实并非如此。John Glaser先生向在场观众剖析了GaN FET关键层次的设计要点后，重点介绍了宜普电源几款专为激光雷达设计的车规级GaN FET：

（1）用于dToF激光雷达：开发板EPC9126 Rev 3，配备已通过AEC Q101认证的EPC2212或EPC2001C，性能进一步提升。

（2）用于iToF激光雷达：已通过AEC Q101认证的EPC2216，是一款15 V、26 mΩ、28 A脉冲电流的GaN FET，占板面积仅1.02平方毫米。2019年第四季度推出的开发板EPC9144则配置了EPC2216，本征功率回路电感为200 pH。

2. 艾迈斯半导体《ams先进光学技术助力固态激光雷达》

ams市场与业务开发总监金安敏先生介绍ams公司概况

金安敏先生开场就谈到“虽然汽车行业遇到30年以来最差的一年，但车厂对智能化和电气化的追求依然热烈，元器件厂商也在积极应对和布局。”接着，他向在场观众介绍了ams的最新战略布局和市场重点业务。

在分享了ams对激光雷达应用需求和不同激光雷达技术路线发展前景分析之后，金安敏先生介绍了ams正在为激光雷达所提供的核心元器件情况：（1）适合于各种激光雷达技术路线的高功率VCSEL（垂直腔面发射激光器）；（2）采用BCD技术的VCSEL电流驱动器；（3）SPAD（单光子雪崩二极管）和SiPM（硅光电倍增管）等光电探测器、发射端和接收端所用晶圆级光学元器件、带通滤波器等。

ams为激光雷达所提供的核心元器件概览

而可寻址高功率VCSEL阵列则是ams激光雷达核心元器件系列中的最大亮点！一般的VCSEL面阵采用单一阳极驱动（不可寻址），整个面阵同时发光，功率转换效率受限，只适合短距离应用。ams提出的可寻址VSCEL阵列创新方案，在VCSEL面阵中设计有多个阳极，每一行、每一列各有阳极来驱动，实现逐行、逐列二维寻址。可寻址VCSEL的优势在于功率高（从0.1 W到>10 W）、射程远（可达200 m），可实现每个小区块信息的单独捕捉、分析。同时，ams提供与可寻址高功率VCSEL阵列匹配的驱动器，为激光雷达客户提供独具特色的配套服务！

ams可寻址高功率VCSEL阵列示例

3. 滨松《激光雷达的升级之路：滨松核心光电器件的前行方向》

滨松激光雷达项目技术负责人鲍泽宇先生介绍MPPC进展

“2018年激光雷达关键词：抢攻开拓！2019年激光雷达关键词：应用落地！”鲍泽宇先生首先热情地分享了三年来参加“微言大义”研讨会和开拓激光雷达市场的感想！接下来，他从核心光电器件、可靠性、量产化三个方面详细剖析了滨松对激光雷达核心光电器件的理解和最新进展：

（1）核心光电器件。滨松提供面向全自动驾驶激光雷达的光源和探测器，其中滨松探测器的未来发展方向为全类别（基于硅和铟镓砷衬底的PD（光电二极管）、APD（雪崩光电二极管）、MPPC（硅光电倍增管））、大面阵、集成化、小型封装、定制化等。滨松将于2020年3月发布一款新品S15022-0225GL-01，与2018年推出的单通道MPPC（S13720-1325CS / PS）相比，这款产品集成了16通道一维MPPC阵列和专为激光雷达应用设计的ASIC（专用集成电路），集成TDC（时数转换电路）与TOT（过阈时间法）功能，可同时完成计时和幅度分辨。

滨松即将推出的光电探测器新品性能展示

（2）可靠性。随着自动驾驶技术的推进，业界对激光雷达核心元器件最为关心的因素则是可靠性。激光雷达车规级要求与AEC（汽车电子委员会）标准对温度的要求，具体取决两个方面：放置于车身的具体位置、器件的封装方式。滨松具有全流程自主生产和多步骤检测管控，同时针对车规要求对封装环节进行设计和控制，可满足用于车身不同位置激光雷达对光电器件的温度要求。

为保证光电元器件满足车规要求，滨松在封装各环节严格管控

（3）量产能力：目前滨松量产的车规级芯片每年超过6000万颗，始终坚持0%（Zero defeat）返品率目标，足以证明滨松的量产实力！

4. 安森美半导体《通向量产之路的激光雷达产品及解决方案》

安森美半导体智能感知部市场总监郗蕴侠女士分析SiPM优势

安森美半导体的超声波雷达SoC和CMOS图像传感器产品在全球车载市场占有率位居第一。2018年，通过收购SensL，安森美半导体已是全球唯一一家能够提供激光雷达、毫米波雷达、摄像头和超声波雷达四种核心传感器芯片的厂商。

安森美半导体提供激光雷达系统器件整体方案

郗蕴侠女士引用Yole在《汽车和工业应用的激光雷达-2019版》的数据指出：“2024年，全球激光雷达市场规模达60亿美元，其中汽车应用占70%，正是如此大的‘蛋糕’吸引了今天在座的每一位来探讨激光雷达技术！”那么汽车长距离激光雷达要求是什么？“超过250米的探测距离、尺寸紧凑、价格适中”。半导体化是实现汽车长距离激光雷达的最佳方法，在这方面安森美半导体有深厚的底蕴和丰富的经验，未来将为激光雷达客户提供从发射端到接收端的数字电路、模拟电路和传感器。

安森美半导体通过收购SensL布局SiPM，郗蕴侠女士分析了安森美半导体选择SiPM的一些缘由：其灵敏度是APD的2000倍，增益是APD的1万倍，而电源电压大大降低（由APD的250V降低为SiPM的30V）从而大幅减小功耗，量产一致性高……。Pandion芯片是安森美半导体今年推出的首款SPAD面阵阵列。这是采用卷帘快门读出的400 x 100像素SPAD阵列，不仅能输出图像，还能输出深度信息，非常适合远近距离激光雷达的探测需求。

安森美半导体SiPM优势展示

5. 炬佑智能《高感度高精度长距Dynamic ToF芯片与系统》

炬佑智能系统研发总监梅健先生展示动态ToF方案性能

梅健先生介绍“炬佑智能（Opnous）以ToF图像传感器、激光驱动器、ToF图像处理器为三大核心要素，与国内外激光器、镜头等厂商合作，为激光雷达构建完善的动态ToF系统”。

炬佑智能产品家族“全家福”

作为下午半场研讨会上的唯一一家中国厂商，炬佑智能的中国“芯”进展也毫不逊色。在本场研讨会上，梅健先生向大家展示炬佑智能三款新品的性能：

（1）高感度ToF传感器OPN8009：相比上一代产品OPN8008，OPN8009在850nm和940nm波段的感度提高了80%。在相同功耗下，采用OPN8009模组，测量精度可以提升30%；为达到相同测量精度，采用OPN8009模组，可以降低功耗42%。OPN8009适用于远距离、低功耗应用。

高感度ToF传感器OPN8009的性能优势

（2）高精度长距ToF方案：对当前市场如泛安防、无人机、自动导引小车(AGV)/机器人等长距（这里指10~20米）ToF应用来讲，ToF方案具有纯固态、小巧、成本较低等优势。为此，炬佑智能开发了一套高精度长距ToF方案，采用“高感度OPN8009 + 激光驱动器OPN700X”的配置，测距达10米（根据实际需求，还有继续拓展的机会），室内（@1klux）测距精度为1%，室外（@20klux）测距精度为3%。

炬佑智能推出的高精度长距ToF方案性能概览

（3）VGA ToF传感器OPN8018：分辨率达640 x 480，像素尺寸为7.0 x 7.0 um2 ，有效像元尺寸为4.48 x 3.36 mm2，为满足客户对更高分辨率、更小尺寸的需求而设计。目前，这款产品的测试正在紧张进行中，预计将在2020年第一季度正式发布。

6. Lumentum《基于成本和性能权衡的激光雷达传感技术》

Lumentum汽车产品线总监Angela Suen女士

针对车用市场，Lumentum布局已久，同时为不同的车载应用需求提供激光器、频率调制所需的相干收发器、MEMS微镜、微光学元件等。针对ToF激光雷达和FMCW（调频连续波）激光雷达，Lumentum均可以提供系统级的解决方案。

（1）ToF激光雷达：Angela女士分析了双目立体视觉、结构光、iToF、dToF等3D视觉方案的性能差异，以及对光源的需求。在车载激光雷达领域，相比EEL，VCSEL的温度稳定性更佳，而且能够实现可寻址，更能满足其需要。

用于ToF激光雷达的VCSEL vs. EEL vs. LED

（2）FMCW激光雷达：相比ToF激光雷达，FMCW能解决激光雷达串扰（crosstalk）的优势引起了Lumentum的关注，并已经开始向客户提供FMCW LOSA（LiDAR Optical Sub-Assembly）样品，未来计划将为市场提供四通道1550nm、每个通道为300mW、水平视场角为110°、垂直视场角为5~30°的FMCW LOSA，同时提供快扫描/慢扫描的选择，满足激光雷达不同应用场景的需求。Lumentum在通信领域如MEMS微镜、波长选择光开关（WSS）等器件积累的大量专利和生产经验，可以迁移到FMCW LOSA的设计和生产中。

Lumentum为FMCW激光雷达提供具有尺寸、成本、可靠性、量产能力优势的光学模组

Angela女士认为，未来ToF激光雷达和FMCW激光雷达将是共存的关系，Lumentum也将为这两种技术提供可靠的元器件和解决方案。

7. 中山大学《脉冲式激光雷达接收与发射驱动芯片》

中山大学郭建平副教授分享对脉冲式激光雷达接收与发射驱动芯片的理解

在分析了激光雷达系统架构后，郭建平副教授针对脉冲式激光雷达发射芯片和接收芯片分享了自己的研究成果：

（1）脉冲式激光雷达发射芯片：激光雷达系统性能由最小脉宽决定，脉宽越小，分辨率越高、测量越快、计算时间越少，自动驾驶的实际应用对脉宽的需求大多数为纳秒（ns）级别。而产生窄脉冲的方法有：提高发射频率、减小上升沿时间和下降沿时间、采用GaN驱动芯片。中山大学从集成升压（Boost）型开关稳压器和FET控制驱动电路、激光二极管峰值电流校准、电流脉冲平衡控制、激光发射功率可动态调节等方向实现。

脉冲式激光雷达发射芯片性能比较（中山大学 vs 其它研究机构）

（2）脉冲式激光雷达接收芯片：郭建平副教授分别从模拟前端、ADC/TDC（模数转换器和时数转换器）、接收SoC三个方面的学术研究进展、商业化进展以及中山大学的创新解决方案向在场观众进行了分享。

脉冲式激光雷达的电路结构示意图

8. 亚德诺半导体《化繁为简，ADI激光雷达系统构架及相关产品》

亚德诺半导体交通自动化系统高级经理孟黎波先生压轴演讲精彩纷呈

体积、重量、功耗和成本是目前制约激光雷达系统在自动驾驶、AGV和无人飞行器等领域广泛应用的几大主要问题。孟黎波先生首先介绍到“亚德诺半导体（ADI）致力于以创新技术结合先进的数模混合IP打造超低功耗、超高集成度的激光雷达信号处理芯片。为空间感知领域带来简洁紧凑、成本合理的全新解决方案的可能。”

亚德诺半导体为激光雷达的发射端和接收端提供丰富的信号处理元器件

目前，亚德诺半导体可以为激光雷达的发射端和接收端提供高性能信号链元件，适用于脉冲式或FMCW激光雷达，并构建在900~1500 nm波长范围内的系统。孟黎波先生坦言“在激光雷达元器件行业里，各家企业都在随着自动驾驶行业不断进化，还未出现‘银杏’、‘大熊猫’级别的巨头企业。”孟黎波先生结合亚德诺半导体的分立器件、ADC、TIA（跨阻放大器）、ASIC等产品及其性能，详细分析了信号能量与噪声来源如何提高激光雷达的信噪比，并为激光雷达企业提供了选型建议。出于为用户“化繁为简”的考虑，亚德诺半导体为客户提供完整的开发板，为客户缩短上市时间提供强有力的保障。

结束语：越是行业“寒冬”，越容易出现伟大的公司。发现价值，把握机遇，聚焦技术，扎根行业。自动驾驶的未来还存在变数，但光明的发展前景无须质疑，直面挑战，躬身入局，每家企业将自己作为其中一个关键“变量”，未来的激光雷达产业或许因你我而产生不一样的结果！2020年9月的同主题系列研讨会上，期待与全国观众共同见证激光雷达产业链的美好进程！

研讨会报告下载，请访问：https://www.MEMSeminar.com/28/

延伸阅读：

《激光雷达技术及核心元器件-2019版》

《汽车和工业应用的激光雷达-2019版》

《激光雷达（LiDAR）技术及市场趋势-2019版》

《汽车激光雷达专利全景分析-2018版》

《法雷奥SCALA激光扫描仪》

《LeddarTech固态激光雷达（LiDAR）模组：LeddarVu》