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XTD50是针对激光雷达的高精度高线性度的单通道时

发布日期:2020-06-23 04:23

  自被引入自动驾驶系统,成为无人车安全行驶必备的三维视觉传感器至今,基于直接飞行时间(dToF)技术的激光雷达

  自被引入自动驾驶系统,成为无人车安全行驶必备的三维视觉传感器至今,基于直接飞行时间(dToF)技术的激光雷达(LiDAR)已从单一的电机旋转扫描式发展出多种体制,如旋转棱镜、MEMS振镜、Flash阵列等。每一款商用化LiDAR产品的推出,都推动着其向更小体积、更低成本、更易量产的方向发展。

  目前LiDAR产品的演进,主要是由光学系统的精密化来推动的,而光电传感器、激光驱动器、前端接收电路、后端处理芯片等均没有太大变化,若无法使这些关键电路达到更高的集成度、更全面的功能、更高的性能,激光雷达的发展将会进入显而易见的瓶颈期。传统旋转扫描式和MEMS振镜式LiDAR受到前端光电探测器及其接收电路在集成度和性能等方面的限制,其空间分辨率和灵敏度难以提升,对探测小体积和远距离的目标物常常力有不逮。

  单光子雪崩二极管(SPAD)传感器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、高低压数模混合集成电路等技术的发展为LiDAR带来了更多的可能性和更广阔的应用空间。基于VCSEL和SPAD阵列的dToF技术是公认的实现小型化、低成本、易量产LiDAR的一条重要路径。

  在出射光源受到人眼安全、功耗等条件限制时,远距离目标物反射回LiDAR接收系统的光强会随着距离的增加急剧减弱,甚至被弱化至单个光子的级别。而正如其名称,SPAD是一种可以被弱光触发的光电二极管,同时具有体积小、灵敏度高等特点,可以与后端处理电路一同被集成在单颗芯片上,实现多像素3D图像传感器,使得基于SPAD的探测芯片可广泛适用于移动终端、智能家居、智慧交通、工业机器人以及自动驾驶等领域。苹果公司即在今年初发布的2020款iPad Pro上搭载了基于SPAD阵列的dToF传感器。相比于智能手机上常用的间接飞行时间(iToF)传感器,dToF具有灵敏度高、测量距离远、功耗低、抗多路径干扰强等优点。

  据麦姆斯咨询报道,针对移动设备远距离三维感知的需求,宁波芯辉科技有限公司(以下简称「芯辉科技」)近日发布了基于dToF探测的XHS301芯片,该芯片采用其行业领先的dToF单光子探测技术,XHS301为32 x 32 x 4分辨率、超30fps的刷新率,在单芯片上实现了核心感光器件SPAD阵列及精准测距电路、多种测距精度优化和抗背景光干扰算法的高度集成,内置经低功耗优化的专用数字处理算法(DSP)和图像处理算法(ISP),可以在不超过200mW的整体超低功耗下实现超15米的远距离高精度探测。

  “芯辉团队主要成员均为国内的博士和硕士,从2014年开始专注于芯片化激光雷达技术研究,最新SPAD芯片的成功开发表明,芯辉团队的技术水平完全不输于国外最先进水平。在今年下半年,我们还将推出QVGA分辨率的dToF SPAD探测芯片,更贴近增强现实(AR)、智能家居等市场的应用需求。”「芯辉科技」联合创始人兼CTO刘马良博士介绍说,“同时,我们相信传统旋转式和MEMS式LiDAR不会立刻被淘汰,更高性能和更高集成度的前端模拟芯片将有效提升旋转式和MEMS振镜式LiDAR的视场角、空间分辨率和距离精度,大幅缩小LiDAR的成本和体积,为LiDAR打开更广泛的应用场景和市场空间。未来芯辉将向市场提供含有传感器芯片、激光器驱动芯片、自动化标定系统及三维图像算法的一站式解决方案。”

  据介绍,除最新发布的单光子探测阵列芯片XHS301外,「芯辉科技」还量产了多款可应用于线性模式探测激光雷达的专用芯片,包括多通道跨阻放大器(XTA1620/XTA0820)、多回波高精度时间数字转换器(XTD50)、高速模数转换器(XAD1010),以及集成度更高的多模块激光雷达接收芯片,适用于MEMS振镜式、旋转扫描式等多种体制激光雷达。

  XTA1620/XTA0820是16/8通道低噪声跨阻放大器,适用于线性模式APD前端探测电路。均具有4档可调增益,内置输出驱动电路,具有50Ω负载电阻驱动能力。

  XTD50是针对dToF激光雷达特殊优化的高精度高线性度的单通道时间数字转换器芯片。该芯片内置数据处理电路,可快速获取并处理多个终止信号,时间分辨率优于50ps,适用于激光雷达多回波探测和有效信号筛选。

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