隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，以及蘋(píng)果iPhone 12 Pro搭載了激光雷達(dá)，讓激光雷達(dá)在市場(chǎng)又火了一把。其實(shí)早在兩年前激光雷達(dá)就已經(jīng)是競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的賽道了，國(guó)內(nèi)外的初創(chuàng)企業(yè)眾多，技術(shù)路徑和產(chǎn)品方向也是五花八門(mén)，用從業(yè)者的話說(shuō)“產(chǎn)業(yè)還處在軍閥混戰(zhàn)的階段，最終行業(yè)選擇的技術(shù)方案還沒(méi)有定下來(lái)。如果不把一家激光雷達(dá)公司的產(chǎn)品拆開(kāi)看，還真不知道用的什么方案”。

iPhone 12 pro的dToF模組及其完整發(fā)射陣列

激光雷達(dá)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈從芯片、模組和系統(tǒng)方案商、客戶領(lǐng)域都逐漸完備，上市公司從2020年底逐漸增多，各個(gè)企業(yè)都在廣積糧。領(lǐng)域主要分為四大類(lèi)：消費(fèi)類(lèi)、車(chē)載類(lèi)、工業(yè)類(lèi)、安防類(lèi)，消費(fèi)類(lèi)和車(chē)載類(lèi)的客戶都是追求最新技術(shù)、最高性價(jià)比、且最能夠迅速起量，是各家的必爭(zhēng)之地，競(jìng)爭(zhēng)也最激烈。

- 相關(guān)激光雷達(dá)芯片廠商分為傳感器芯片、光源芯片（微振鏡MEMS和OPA芯片這些光束操縱元件不在此描述）：傳感器芯片有用線性雪崩APD或者硅光子倍增管SiPM單點(diǎn)測(cè)量的，需要加掃描的dToF；有用蓋格雪崩二極管SPAD生成點(diǎn)云不需要加掃描的dToF，屬于全固態(tài)Flash；還有用圖像傳感器CIS生成點(diǎn)云不需要加掃描的iToF，也屬于全固態(tài)Flash；在以上基礎(chǔ)上增加FMCW調(diào)制抗干擾，分為掃描或者直接生成點(diǎn)云。光源芯片分為水平腔面發(fā)射HCSEL、垂直腔面發(fā)射VCSEL、邊發(fā)射EEL、以及LD。

- 除了大廠全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋，專門(mén)的系統(tǒng)方案商一般只采購(gòu)芯片做模組和系統(tǒng)：有用機(jī)械掃描的系統(tǒng)方案商；有用微振鏡MEMS做掃描方案的系統(tǒng)方案商；還有用OPA做掃描方案的系統(tǒng)方案商；以及面陣激光雷達(dá)一次生成點(diǎn)云的系統(tǒng)方案商，例如蘋(píng)果。

飛芯電子的車(chē)載激光雷達(dá)方案——基于Flash體系的長(zhǎng)距離、抗干擾的車(chē)載激光雷達(dá)芯片

飛芯電子創(chuàng)始人雷述宇博士向36氪記者表述；“2016年前后因?yàn)闃I(yè)務(wù)往來(lái)頻繁接觸到一些車(chē)企和Tier 1廠商，在了解各方需求后更堅(jiān)定車(chē)載激光雷達(dá)將是未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的一條主賽道。激光雷達(dá)自二戰(zhàn)以來(lái)進(jìn)展緩慢，目前仍然是發(fā)射-接收測(cè)量飛行時(shí)間的ToF原理，從這一點(diǎn)切入，飛芯要在激光雷達(dá)領(lǐng)域進(jìn)行革新，推動(dòng)激光雷達(dá)的發(fā)展，讓激光雷達(dá)能夠在各種領(lǐng)域得到應(yīng)用”。

車(chē)載激光雷達(dá)路線圖【圖片來(lái)源：ISSCC2021】

從上圖不難看出，不論是純機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)掃描或者M(jìn)EMS微機(jī)電掃描，雖然具有更好的發(fā)射條件（單位時(shí)間單位視場(chǎng)角內(nèi)最大的光功率密度），但以不提高收發(fā)信道技術(shù)為前提，單一以增大回波能量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)已經(jīng)很難滿足在未來(lái)復(fù)雜場(chǎng)景下同類(lèi)設(shè)備抗干擾，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)時(shí)間可靠性問(wèn)題。與此同時(shí)，全固態(tài)Flash雖然實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)系統(tǒng)的高可靠性，但接收視場(chǎng)角的增大以及發(fā)射光功率密度的降低，又導(dǎo)致全固態(tài)Flash在長(zhǎng)距離探測(cè)及抗干擾能力的問(wèn)題。因此，2016年底飛芯電子成立的時(shí)候，團(tuán)隊(duì)在與BOSCH Stuttgart等技術(shù)團(tuán)隊(duì)共同反復(fù)論證后，明確飛芯只做全固態(tài)、非掃描的雷達(dá)芯片和系統(tǒng)方案，同時(shí)要解決傳統(tǒng)全固態(tài)Flash碰到的問(wèn)題。

傳統(tǒng)Flash激光雷達(dá)無(wú)法解決同類(lèi)設(shè)備干擾及視場(chǎng)角過(guò)大帶來(lái)的回波光功率密度嚴(yán)重退化問(wèn)題

為此飛芯電子采用獨(dú)有專利[CN110389351A、WO2019200833A1]，實(shí)現(xiàn)了一種基于偽隨機(jī)序列的Flash體制長(zhǎng)距離、抗干擾激光雷達(dá)技術(shù)。接收焦平面探測(cè)器陣列的像素單元中集成了一種與發(fā)射體系相匹配的電荷域共模信號(hào)消除技術(shù)，像素會(huì)將發(fā)射端的偽隨機(jī)序列碼中有效激光回波信號(hào)與像素內(nèi)共模消除機(jī)構(gòu)同步，確保“自我”有效回波信號(hào)產(chǎn)生的光電子收集以及對(duì)背景光與其他設(shè)備干擾信號(hào)產(chǎn)生的光生電子無(wú)法被有效“積分”，這樣就實(shí)現(xiàn)了在電荷域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)區(qū)隔與處理，大幅抑制了由模擬處理，數(shù)字量化再到系統(tǒng)級(jí)算法處理引入的噪聲及失真對(duì)于微弱有效信號(hào)的影響；同時(shí)像素級(jí)折疊積分技術(shù)擴(kuò)展了動(dòng)態(tài)范圍，解決了傳統(tǒng)像素單元阱容較小無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍積分的能力。

飛芯電子的車(chē)載、消費(fèi)類(lèi)激光雷達(dá)同步研發(fā)

與此同時(shí)，基于對(duì)激光雷達(dá)技術(shù)的深度理解，飛芯也將產(chǎn)品降維延伸到消費(fèi)領(lǐng)域，在車(chē)載激光雷達(dá)芯片的基礎(chǔ)上往消費(fèi)類(lèi)擴(kuò)展，需要考量差異化的細(xì)節(jié)，例如車(chē)載激光雷達(dá)要求距離遠(yuǎn)、動(dòng)態(tài)范圍大、抗干擾，正因?yàn)檫@些需求導(dǎo)致了復(fù)雜的像素級(jí)處理技術(shù)，因此研制的面陣?yán)锩娴南袼赜?000多個(gè)管子；而消費(fèi)端產(chǎn)品要求成本低、功耗低，因此面陣?yán)锩娴南袼卦O(shè)計(jì)只需要30-40個(gè)管子，相差甚大。

飛芯在iToF產(chǎn)品逐漸完善的同時(shí)也同步開(kāi)發(fā)dToF產(chǎn)品，從產(chǎn)品技術(shù)到市場(chǎng)領(lǐng)域拓展應(yīng)用覆蓋面。參考芯片方案，飛芯激光雷達(dá)芯片系列有：

- 方案1. iToF接收焦平面陣列+diffuser+讀出電路硅基單片集成芯片，如果是消費(fèi)類(lèi)加上940nmVCSEL光源做發(fā)射，如果是車(chē)載類(lèi)加上905nmVCSEL光源做發(fā)射;

- 方案2. dToF接收焦平面陣列SPAD+TDC+高速讀出硅基單片集成芯片，加上940nmVCSEL光源做發(fā)射，在消費(fèi)類(lèi)適用。

消費(fèi)類(lèi)dToF芯片、消費(fèi)類(lèi)iToF芯片、車(chē)載類(lèi)iToF芯片、車(chē)載類(lèi)iToF模組

針對(duì)消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，飛芯iToF與目前主流廠商產(chǎn)品主要技術(shù)特征區(qū)別在于：

- 具有獨(dú)創(chuàng)的像素單元結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在保證近紅外量子效率的前提下，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)制機(jī)構(gòu)低寄生負(fù)載的能力，便于在未來(lái)集成更高分辨率的iToF陣列規(guī)模；

- 列級(jí)動(dòng)態(tài)比較器技術(shù)與相關(guān)采樣技術(shù)的加持，進(jìn)一步降低共模噪聲并降低讀出電路功耗；

- 獨(dú)創(chuàng)的高低功耗自適應(yīng)模式解決了高速串行接口的功耗問(wèn)題。

而其dToF技術(shù)則采用了與蘋(píng)果類(lèi)似的spot發(fā)射體系，但不同之處在于：

- 獨(dú)創(chuàng)的像素級(jí)快速?gòu)?fù)位及淬滅電路，進(jìn)一步降低了像素的死區(qū)時(shí)間；

- 動(dòng)態(tài)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路架構(gòu)，解決了高頻與高功耗的沖突并降低了片內(nèi)存儲(chǔ)空間；

- 多觸發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了100lux背景光條件下的探測(cè)。

據(jù)創(chuàng)始人雷述宇博士透露，飛芯全線產(chǎn)品將于今年下半年陸續(xù)發(fā)布，且已經(jīng)和車(chē)載端、消費(fèi)端等頭部客戶展開(kāi)合作，預(yù)計(jì)2021年出貨量近百萬(wàn)顆（套），銷(xiāo)售收入約為5000萬(wàn)人民幣以上。雷述宇博士透露，飛芯同時(shí)還在研發(fā)下一代方案，要在像素里做FMCW硬件調(diào)制，用像素內(nèi)的模擬電路而不是ADC后的數(shù)字域來(lái)解決，這需要解決退相干效應(yīng)，最終目標(biāo)是市場(chǎng)所有攝像頭都能夠?qū)崿F(xiàn)2D和3D融合。

FMCW相干測(cè)距原理

基于對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的深刻認(rèn)知，博世創(chuàng)業(yè)投資有限公司（以下簡(jiǎn)稱博世創(chuàng)投）對(duì)外投資曾先后于2017年和2018年兩次投資飛芯電子。博世創(chuàng)投合伙人認(rèn)為：“激光雷達(dá)在硬件方面最有技術(shù)空間，博世創(chuàng)投要投的是從事下一代純固態(tài)技術(shù)的公司，而飛芯電子則是專注于研發(fā)和制造用于機(jī)器人和無(wú)人車(chē)固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)秀投資標(biāo)的。即便是L4或是L5級(jí)自動(dòng)駕駛尚未落地，激光雷達(dá)依然有其市場(chǎng)存在空間，投資飛芯電子就是在尋找科技的拐點(diǎn)。” 據(jù)悉，飛芯已于近期啟動(dòng)B輪融資，主要用于后期產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)線測(cè)試、流片量產(chǎn)、海外專利布局、團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充以及后期的市場(chǎng)拓展等方面。

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