激光雷達核心收發(fā)器件的濱松演進(jìn)思路

  ICC訊 第六屆汽車(chē)激光雷達前瞻技術(shù)展示交流會(huì )于2024年6月21日至22日在蘇州國際博覽中心成功落幕，此次盛會(huì )旨在推動(dòng)激光雷達、車(chē)載光纖通信及先進(jìn)封裝行業(yè)邁向更高質(zhì)量的發(fā)展。

  在6月22日下午的分論壇一探測器專(zhuān)場(chǎng)中，備受矚目的濱松中國激光雷達產(chǎn)品負責人蔡紅志率先登臺，為與會(huì )者帶來(lái)了一場(chǎng)深入的專(zhuān)題報告，即《濱松激光雷達核心收發(fā)器件的演進(jìn)思路》。在這份報告中，蔡紅志深入剖析了激光雷達核心技術(shù)的演變歷程，以及濱松在這一領(lǐng)域內的創(chuàng )新與實(shí)踐，為行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了寶貴的思路與見(jiàn)解。

  報告重點(diǎn)從三個(gè)方面闡述了濱松在激光雷達核心收發(fā)器件的產(chǎn)品研發(fā)思路和目前進(jìn)展。

  一、高性能NIR SiPM器件的產(chǎn)品進(jìn)展和未來(lái)規劃

  濱松持續升級NIR SiPM的性能，推動(dòng)905 nm和940 nm激光雷達以更低的成本達到1550 nm激光雷達測距效果，300 m@10%反射率。

  首先，濱松提供多樣化的NIR SiPM產(chǎn)品形態(tài)，包括單通道、1D陣列和2D陣列，以滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)景的需求。此外，濱松還致力于探測器的定制化服務(wù)，根據客戶(hù)的具體需求提供個(gè)性化的解決方案。

  在已量產(chǎn)的Gen4 SiPM S16786系列產(chǎn)品上，濱松展現出了顯著(zhù)的進(jìn)步。相較于上一代S15639系列產(chǎn)品，S16786采用了更小的cell尺寸(從25 μm縮減至15 μm)，并融入了更先進(jìn)的芯片結構設計。這一創(chuàng )新使得S16786在PDE(光子探測效率)參數上取得了顯著(zhù)提升，同時(shí)噪聲參數也得到了優(yōu)化。

  展望未來(lái)，濱松在高PDE、高動(dòng)態(tài)范圍、短恢復時(shí)間、低串擾以及高溫度可靠性等方面持續投入研發(fā)力量。特別是在高PDE和低串擾方面，濱松正通過(guò)不斷改善SiPM的芯片設計和生產(chǎn)工藝，力求實(shí)現更高的性能。對于正照式SiPM，濱松預計近期將實(shí)現905 nm下PDE達到40%，crosstalk(串擾)低于2%的突破;而對于背照式SiPM，濱松更是有著(zhù)更高的目標，即未來(lái)實(shí)現905 nm下PDE高達45%，crosstalk降至1%以下的卓越性能。

  在高動(dòng)態(tài)范圍和短恢復時(shí)間方面，濱松在現有15 μm cell的基礎上，同步開(kāi)發(fā)了10 μm cell的SiPM產(chǎn)品，以滿(mǎn)足客戶(hù)對高動(dòng)態(tài)范圍和短恢復時(shí)間的需求。未來(lái)，濱松還將繼續開(kāi)發(fā)更小cell尺寸的SiPM產(chǎn)品，進(jìn)一步優(yōu)化小cell SiPM的性能。在高溫度可靠性方面，濱松的Gen4產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了-40℃~125℃的高低溫可靠性測試，充分滿(mǎn)足了部分客戶(hù)對器件極限環(huán)高溫125℃的可靠性需求。

      二、SiPM vs. SPAD方案的對比、SiPM+ASIC的產(chǎn)品進(jìn)展和訂制化開(kāi)發(fā)思路

  在探討激光雷達的核心組件時(shí)，業(yè)內對于SiPM+ASIC與SPAD+ASIC兩種方案的選擇常存在困惑與誤解。濱松公司針對這一熱點(diǎn)話(huà)題，帶來(lái)了深入的分析與獨到的見(jiàn)解。

  就通道數和單通道成本而言，采用TCSPC測距原理的SPAD方案確實(shí)在高線(xiàn)數激光雷達(≥196線(xiàn))應用中表現出獨特的優(yōu)勢。然而，濱松認為，在方案集成度上，SiPM+ASIC方案同樣能夠達到與SPAD+ASIC相媲美的效果。

  更值得一提的是，在器件功耗、單次測距速度、測距動(dòng)態(tài)范圍、背景光抑制以及強反射物體處理等方面，SiPM+ASIC方案展現出了更多的性能優(yōu)勢。此外，該方案還提供了器件定義的靈活性，允許更多的波形模擬信息被捕捉和利用。

  緊接著(zhù)，濱松隆重推出了其最新研發(fā)的百元級16ch SiPM+ASIC器件，并深入闡述了濱松在SiPM+ASIC領(lǐng)域的訂制化思路。這款新型器件內部集成了先進(jìn)的Gen5 SiPM(PDE 23%)，而其ASIC部分則針對SiPM的輸出特性進(jìn)行了精準的功能匹配，集成了閾值控制、TDC(時(shí)間數字轉換器)和波形高度測量功能。此外，器件還具備8次多回波功能，為激光雷達客戶(hù)提供了更為便捷的使用體驗。

  與此同時(shí)，濱松致力于提供靈活的SiPM+ASIC訂制服務(wù)，以滿(mǎn)足用戶(hù)在探測器端的多樣化需求。這種訂制化思路不僅體現了濱松對技術(shù)的深刻理解和應用能力，也展現了其對于客戶(hù)需求的高度重視和滿(mǎn)足能力。通過(guò)提供個(gè)性化的解決方案，濱松助力激光雷達行業(yè)實(shí)現更高的發(fā)展水平。

  三、高性能EEL激光器產(chǎn)品進(jìn)展和規劃

      在高性能EEL激光器部分，重點(diǎn)介紹了濱松在高功率(多堆疊)、多通道、低溫漂三個(gè)方向上的產(chǎn)品規劃。

      在高功率輸出方面，濱松已經(jīng)擁有多款技術(shù)領(lǐng)先的激光器產(chǎn)品，包括3堆疊、4堆疊和5堆疊的型號。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對更高功率的迫切需求，我們計劃在未來(lái)推出更加先進(jìn)的7堆疊激光器產(chǎn)品。針對激光器的通道，濱松提供多樣化的選擇，涵蓋1ch、4ch和8ch等多種通道產(chǎn)品，同時(shí)我們也支持定制化的通道解決方案，以滿(mǎn)足不同客戶(hù)的特定需求。在激光器的性能上，我們特別注重低溫漂特性。濱松提供的激光器產(chǎn)品擁有卓越的低溫漂表現，溫度漂移系數低于0.07 nm/℃，這一性能優(yōu)勢使其能夠更好地與基于SiPM探測器的激光雷達系統相匹配，確保系統在不同溫度環(huán)境下的穩定性和可靠性?！腹庵鼓?，力從心生」，我們由衷地期待憑借濱松的技術(shù)和產(chǎn)品升級，為用戶(hù)帶來(lái)持續的性能改善和優(yōu)化，在激光雷達這個(gè)高競爭的賽道上持續提升參數競爭力，在批量交付的過(guò)程中保持零不良率的質(zhì)量目標，在這場(chǎng)激烈的“剩者為王”競爭中，取得優(yōu)勢并實(shí)現一級又一級的自動(dòng)駕駛升級的目標。