# R8 H9 N5 }* N, n' k$ `
激光雷达(LiDAR)是一种测距技术，近年来越来越多地用于汽车先进驾驶辅助系统(ADAS)、手势识别和3D映射等应用。尤其在汽车领域，随着传感器融合的趋势，LiDAR结合成像、超声波、毫米波雷达，互为补足，为汽车提供全方位感知，为迈向更安全的自动驾驶铺平道路。
) `3 k4 f: D3 \激光雷达(LiDAR)是一种测距技术，近年来越来越多地用于汽车先进驾驶辅助系统(ADAS)、手势识别和3D映射等应用。尤其在汽车领域，随着传感器融合的趋势，LiDAR结合成像、超声波、毫米波雷达，互为补足，为汽车提供全方位感知，为迈向更安全的自动驾驶铺平道路。安森美半导体提供这全系列传感器方案且技术遥遥领先，在单光子雪崩二极管(SPAD)和硅光电倍增管(SiPM)传感器技术是市场领袖之一，提供完整的LiDAR方案，包括系统、传感器、输出和激光驱动器方案。
2 l5 p$ A" j9 z6 F! W! Q8 p
安森美半导体完整的LiDAR方案
1 w, s) h' z2 {# V$ h6 O1个LiDAR系统有6个主要的硬件功能块：传输、接收、光束转向、光学器件、输出和电源管理。典型的LiDAR系统框图如图1所示。其中，安森美半导体可提供SiPM/SPAD、激光驱动器参考设计、电源管理、放大与处理以及时序、直方图、点云生成乃至系统等。成熟的模拟SiPM 产品有C系列、J系列、R系列。系统有SiPM 阵列扫描LiDAR 演示仪（超过100 m扫描距离）、把SiPM 与图像传感器融合的FUSEONE、最新的400 x 100 SPAD 阵列Pandion。
! x, n# O3 w- V& {& U) \3 w 5 Q+ d# E# \4 a6 z3 R. P% O% Z2 T
什么是SPAD、SiPM和ToF1 }2 H' G* a6 m) q3 {
SPAD是一种工作在盖革模式(Geiger Mode)的光电二极管，就像光子触发开关一样，处于“开”或“关”状态。SiPM是由多个独立的SPAD传感器组成，每个传感器都有自己的淬灭电阻，从而克服单个SPAD不能同时测量多个光子的不足。飞行时间(ToF)指给目标发送光脉冲然后传感器接收从目标返回的光所需的时间。通过光速和ToF，可计算出目标距离，概念很简单，但却受到现实世界诸多挑战，包括苛刻的环境如光照条件、低反射率目标及长距等。目前共有两种ToF测量技术：单激光脉冲法和多激光脉冲法。单激光脉冲法指每次测量单个脉冲返回的时间，要求高的信噪比(SNR)。多激光脉冲法指每次测量多个脉冲返回的时间，通过直方图数据来获得距离，若提高SNR可实现更远距离的探测。ToF LiDAR可用于许多应用，如机器人、无人机、工业、移动、汽车ADAS和自动驾驶及增强实境(AR)/虚拟实境(VR)等。
" h* z7 @0 n+ f E8 O
SiPM和SPAD正成为新兴的LiDAR探测器1 Y) F* w0 o5 I9 k$ m
SiPM和SPAD可探测距离超过200 m、5%的低反射率目标，在明亮的阳光下也能工作，分辨率极佳，且尽可能小的光圈和固态设计实现紧凑的系统集成到汽车中，并极具成本优势，正成为新兴的LiDAR探测器。
! m% {( w9 H* S% h8 Z汽车LiDAR传感器要求
4 d8 Y4 Y9 W3 d2 D1. 严格的一致性
7 }1 _5 b- V# I由于SiPM/SPAD工作在盖革模式下，所以很难控制产品的一致性。安森美半导体是目前全球真正有能力大批量量产SiPM产品的供应商，其提供的数百万传感器的电压和增益非常一致，易于系统校准和降低制造成本。
4 f! z) |% y+ ], X, _2. 符合车规（IATF16949、AEC Q102、-40至1050C工作温度、符合PPAP）
$ d6 T; P; N" ^& @+ b! Q: l. Y安森美半导体在汽车生产方面积累了多年的专业经验，有非常完善的车规产品的质量监督和控制体系，从一开始设计就考虑了汽车认证去设计传感器和封装。
% a6 W" H8 U9 f) @7 R! h3. 在905 nm处高的光子探测率(PDE)
5 E% o7 K6 S: }, Z2 _( G x% b( T安森美半导体的SiPM如今具有同类最佳的PDE，超过12%，2020年将达30%。
' f7 \- }: [9 ~. {1 w
4. 高增益
* _5 a* w) a1 ^. Z1 Z
SiPM的增益是雪崩光电二极管(APD)的1万倍，是PIN二极管的100万倍，串扰<20，提供出色的SNR。
3 Q# p+ j% S" e0 A3 SSiPM阵列扫描LiDAR 系统
3 o( ~0 h% V; `- I1 s' v该SiPM 阵列扫描LiDAR含16个905 nm 激光二极管、1个用于光束转向的机电旋转镜、安森美半导体的单片1 x 16 SiPM 阵列和处理电子器件，视场角(AoV) 80°x 5.53°，脉宽1 ns，系统峰值功率400 W，系统尺寸22 cm x 18 cm x 13 cm。这系统采用1D阵列同时采样多个垂直点，并结合水平单轴扫描，可获得视场的完整图像，实现长距低反射率目标的实时成像。
* b3 G& c! x& V8 U$ i# p
FUSEONE系统：融合图像和LiDAR, l- ?1 d, K8 r( t* x [
FUSEONE结合200万像素汽车级图像传感器和基于SiPM的闪光LiDAR，通过软件应用程序融合摄像机和LiDAR，获得目标距离、移动速率等数据，高灵敏度的SiPM 探测器和幻影智能算法实现增强的距离能力。由于无需机械式的雷达扫描，FUSEONE极具成本优势。该系统采用8个SiPM和2个905 nm激光二极管，脉宽20 ns，峰值功率80 W，接收器光路径采用43 nm带通滤波器，Xilinx FPGA 用于边缘处理全波形采集，AoV 为25° x 3.6°，在户外20 klux的光照条件下，行人检测达45 m，汽车检测达85 m。 # q6 V; D) w" m& o: M w
PandionSPAD阵列实现长距扫描LiDAR
3 `' v2 |, A C; T# R# n4 p0 i400×100 SPAD 阵列具有CMOS 逻辑器件，阵列尺寸14 mm × 3 mm，像素间距38.6 um，采用卷帘快门读出（100通道并行读出），被动淬灭主动复位(PQAR)特性可获得<5 ns恢复时间，击穿电压达3.3 V以上。区别于传统的点云，Pandion SPADLiDAR已形成了图像。
/ Q( P. }2 [- U) W3 T4 Q" u( b
- ]7 e% b. k1 M1 M: L2 |. ]" q
/ P. K/ S8 I$ ?
( V |/ Y# @ X' S' p
总结
( U: [! ?! F% U* L h% I: l. ySiPM和SPAD技术是实现LiDAR系统中接收器功能的关键，基于盖革模式雪崩原理，实现紧凑、高增益的传感器，安森美半导体是这些技术的市场领袖，提供完整的LiDAR方案，包括SiPM传感器、SiPM 阵列扫描LiDAR系统、融合SiPM闪光LiDAR和图像的FUSEONE系统以及Pandion SPAD阵列，具有强固、性价比高、符合车规等优势，并积极研发创新，同时为设计人员提供广泛的现场应用支援、相关的应用注释和视频库、产品演示系统、经验证模型的仿真数据等，解决设计挑战和推动创新。
3 R# N, T# }9 Z# i/ ^7 f
0 o( Q* y) H9 Q D! A; J% l
自动驾驶 汽车电子 激光雷达 技术实例 安森美半导体
: P# L) t* ^* d( b
. R6 d! q7 l0 J* G- X8 p6 U
/1 
发表于 2019-12-4 16:12
收藏
淘帖
支持！
反对！