高集成度大面阵SPAD-SoC：面向ADAS前装量产、L4/5自动驾驶等应用

电子发烧友网报道（文/李弯弯）近日，识光发布高集成度大面阵SPAD-SoC SQ100，真正实现灵活分区的2D可寻址SPAD-SoC。SQ100面向ADAS前装量产、L4/5自动驾驶、机器人、工业自动化等应用，一块芯片即可覆盖短、中、长距的探测需求，适配多种扫描方式。
                                                            
识光芯科高集成度大面阵SPAD-SoC SQ100      
 
SPAD-SoC是一种高度集成化的芯片设计，它将单光子雪崩二极管（SPAD）阵列、信号处理电路、存储单元以及控制逻辑等多个功能模块集成在单一芯片上。
 
SPAD阵列是SPAD-SoC的核心部分，由多个SPAD像素单元组成，每个像素都能独立探测到单个光子的存在。负责接收并探测激光回波信号中的光子，将光子转换为电信号。SPAD阵列具有高灵敏度、高动态范围和低噪声等特点，能够实现高精度的距离测量和三维成像。
 
信号处理电路包括前置放大器、模数转换器（ADC）、数字信号处理器（DSP）等模块。前置放大器，对SPAD阵列输出的微弱电信号进行放大，提高信号的信噪比。模数转换器（ADC），将放大后的模拟信号转换为数字信号，以便进行后续的数字信号处理。数字信号处理器（DSP），对数字信号进行同步、滤波、寻峰、降噪、补偿等处理，实现高精度的距离测量和三维成像。
 
存储单元用于存储处理过程中的中间数据和最终结果，确保数据的完整性和可访问性。在SPAD-SoC中，存储单元通常与DSP紧密集成，以实现高速的数据交换和处理。
 
控制逻辑负责整个SPAD-SoC芯片的控制和协调，包括时序控制、模块调度、错误检测与纠正等。控制逻辑的设计需要考虑到芯片的整体性能和功耗平衡，确保芯片在各种工作条件下都能稳定可靠地运行。
 
识光芯科发布的高集成度大面阵SPAD-SoC SQ100，SPAD分辨率为768 (H) x 576 (V)，具有3x3，6x6，3xn等多种binning方式；在垂直方向可按照4/8/16个像素进行分区，在水平方向可按照8/16/32/48/64/…/256个像素进行分区。
 
SQ100提供了超灵活分区的2D可寻址方案，在真正解决行业长期面临的“高反污染”问题的同时，还能保持高帧率和远测距能力，扫清了VCSEL+SPAD量产路线上最重要的性能阻碍。
 
识光独有的SPAD-SoC系列产品，以自研的全芯片化技术为基础，将高性能BSI SPAD、高精度时钟采样矩阵(TDC)、单光子测距引擎(TCSPC)、高并发dToF感知算法加速器(DSP)、激光雷达控制中心(Lidar Controlling Master)、高速数据接口等关键模块集成到一块芯片上。
 
识光提供的是一个可以实现片上海量数据高速采集与处理、激光雷达系统控制、外部算法定制集成等功能的片上完整激光雷达系统。
 
SPAD-SoC的特性及应用
 
SPAD-SoC有高集成化、全数字化架构、高性能与高效能、灵活分区与2D可寻址、低功耗与低发热等特点。高集成化：通过将多个功能模块集成到单颗芯片上，SPAD-SoC大幅简化了系统结构，降低了激光雷达系统的复杂性和成本。这种高度集成的设计还使得激光雷达整机更加紧凑，便于在车载、机载等应用场景中使用。
 
全数字化架构：SPAD-SoC采用全数字化架构，从光子进入激光雷达到转化为电信号，再到数据处理和点云呈现，整个过程都是数字化的。这种架构解决了数模模数二次转换带来的损耗与失真问题，提高了信噪比和精度。
 
高性能与高效能：SPAD-SoC集成了高性能的SPAD阵列和高精度的时钟采样矩阵，能够实现高速、高精度的单光子探测和测距。同时，芯片内集成的数字信号处理单元能够对采集到的数据进行实时处理，提高了系统的整体效能。
 
灵活分区与2D可寻址：部分先进的SPAD-SoC产品，如识光芯科的 SQ100，提供了超灵活分区的2D可寻址方案，可以根据不同的应用场景对像素进行分区和寻址。这种方案在解决“高反污染”问题的同时，还能保持高帧率和远测距能力。
 
低功耗与低发热：由于采用了先进的CMOS工艺和高度集成化的芯片设计，SPAD-SoC在功耗和发热量方面表现优异。这使得SPAD-SoC更加适合在嵌入式、移动设备、车载等低功耗应用场景中使用。
      
SPAD-SoC芯片在自动驾驶、机器人、XR等领域得到了广泛应用。在自动驾驶领域，它作为激光雷达的核心部件，为车辆提供了强大的环境感知能力；在机器人领域，它帮助机器人实现更精准的定位和导航；在XR领域，它则为用户提供了更加真实和沉浸式的体验。
 
除了识光芯科，也有其他厂商在SPAD-SoC领域有所布局，如索尼，索尼于2021年发布了首款车载大面阵SPAD芯片IMX459，该芯片在2023年正式量产。IMX459具有113400个SPAD像素，通过Bining 3×3 SPAD的配置后构成一个宏像素，实现了较高的分辨率。IMX459主要搭载在华为和一径激光雷达上，用于车载激光雷达系统。
 
写在最后
 
可以看到，SPAD-SoC的结构是一种高度集成化的芯片设计，它将SPAD阵列、信号处理电路、存储单元和控制逻辑等多个功能模块集成在单一芯片上，实现了从光子探测到数字信号输出的全过程。这种设计不仅提高了系统的性能和稳定性，还降低了成本和功耗，可以为激光雷达等应用提供更加高效和可靠的解决方案。