激光雷達(dá)核心收發(fā)器件的濱松演進思路

  ICC訊 第六屆汽車激光雷達(dá)前瞻技術(shù)展示交流會于2024年6月21日至22日在蘇州國際博覽中心成功落幕，此次盛會旨在推動激光雷達(dá)、車載光纖通信及先進封裝行業(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場中，備受矚目的濱松中國激光雷達(dá)產(chǎn)品負(fù)責(zé)人蔡紅志率先登臺，為與會者帶來了一場深入的專題報告，即《濱松激光雷達(dá)核心收發(fā)器件的演進思路》。在這份報告中，蔡紅志深入剖析了激光雷達(dá)核心技術(shù)的演變歷程，以及濱松在這一領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新與實踐，為行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了寶貴的思路與見解。

  報告重點從三個方面闡述了濱松在激光雷達(dá)核心收發(fā)器件的產(chǎn)品研發(fā)思路和目前進展。

  一、高性能NIR SiPM器件的產(chǎn)品進展和未來規(guī)劃

  濱松持續(xù)升級NIR SiPM的性能，推動905 nm和940 nm激光雷達(dá)以更低的成本達(dá)到1550 nm激光雷達(dá)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，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。此外，濱松還致力于探測器的定制化服務(wù)，根據(jù)客戶的具體需求提供個性化的解決方案。

  在已量產(chǎn)的Gen4 SiPM S16786系列產(chǎn)品上，濱松展現(xiàn)出了顯著的進步。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)，并融入了更先進的芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計。這一創(chuàng)新使得S16786在PDE(光子探測效率)參數(shù)上取得了顯著提升，同時噪聲參數(shù)也得到了優(yōu)化。

  展望未來，濱松在高PDE、高動態(tài)范圍、短恢復(fù)時間、低串?dāng)_以及高溫度可靠性等方面持續(xù)投入研發(fā)力量。特別是在高PDE和低串?dāng)_方面，濱松正通過不斷改善SiPM的芯片設(shè)計和生產(chǎn)工藝，力求實現(xiàn)更高的性能。對于正照式SiPM，濱松預(yù)計近期將實現(xiàn)905 nm下PDE達(dá)到40%，crosstalk(串?dāng)_)低于2%的突破;而對于背照式SiPM，濱松更是有著更高的目標(biāo)，即未來實現(xiàn)905 nm下PDE高達(dá)45%，crosstalk降至1%以下的卓越性能。

  在高動態(tài)范圍和短恢復(fù)時間方面，濱松在現(xiàn)有15 μm cell的基礎(chǔ)上，同步開發(fā)了10 μm cell的SiPM產(chǎn)品，以滿足客戶對高動態(tài)范圍和短恢復(fù)時間的需求。未來，濱松還將繼續(xù)開發(fā)更小cell尺寸的SiPM產(chǎn)品，進一步優(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)通過了-40℃~125℃的高低溫可靠性測試，充分滿足了部分客戶對器件極限環(huán)高溫125℃的可靠性需求。

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

  在探討激光雷達(dá)的核心組件時，業(yè)內(nèi)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話題，帶來了深入的分析與獨到的見解。

  就通道數(shù)和單通道成本而言，采用TCSPC測距原理的SPAD方案確實在高線數(shù)激光雷達(dá)(≥196線)應(yīng)用中表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。然而，濱松認(rèn)為，在方案集成度上，SiPM+ASIC方案同樣能夠達(dá)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(xiàn)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，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(nèi)部集成了先進的Gen5 SiPM(PDE 23%)，而其ASIC部分則針對SiPM的輸出特性進行了精準(zhǔn)的功能匹配，集成了閾值控制、TDC(時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(dá)客戶提供了更為便捷的使用體驗。

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

  三、高性能EEL激光器產(chǎn)品進展和規(guī)劃

      在高性能EEL激光器部分，重點介紹了濱松在高功率(多堆疊)、多通道、低溫漂三個方向上的產(chǎn)品規(guī)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。為了滿足市場對更高功率的迫切需求，我們計劃在未來推出更加先進的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，同時我們也支持定制化的通道解決方案，以滿足不同客戶的特定需求。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(xiàn)，溫度漂移系數(shù)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(dá)系統(tǒng)相匹配，確保系統(tǒng)在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)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，為用戶帶來持續(xù)的性能改善和優(yōu)化，在激光雷達(dá)這個高競爭的賽道上持續(xù)提升參數(shù)競爭力，在批量交付的過程中保持零不良率的質(zhì)量目標(biāo)，在這場激烈的“剩者為王”競爭中，取得優(yōu)勢并實現(xiàn)一級又一級的自動駕駛升級的目標(biāo)。