全固态Flash车载激光雷达核心芯片

全固态Flash车载激光雷达的核心芯片研究近期取得了令人瞩目的突破，这一突破不仅推动了激光雷达技术的进步，也为自动驾驶和先进驾驶辅助系统（ADAS）的发展注入了新的活力。传统的机械式激光雷达在性能上虽然表现出色，但其在生产规模、耐用性、成本以及体积方面都存在一定限制。而全固态Flash激光雷达的出现，正好解决了这些问题，成为了未来发展的重要方向。

同济大学电子与信息工程学院卓盛龙研究员团队与徕映科技一同在全固态Flash车载激光雷达的核心芯片方面研究取得新的突破，相关研究成果以“Solid-State dToF LiDAR System Using an Eight-Channel Addressable, 20-W/Ch Transmitter, and a 128 × 128 SPAD Receiver With SNR-Based Pixel Binning and Resolution Upscaling”为题，于2023年发表于《IEEE固态电路期刊》(IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 58, No. 3, March 2023），研究员卓盛龙为论文第一作者，复旦大学集成电路与系统国家重点实验室姜培教授为论文通讯作者。上述相关研究工作得到上海市科技专项的支持。

卓盛龙研究团队提出了一种全固态直接飞行时间激光雷达系统架构，设计并实现了定制化的多通道脉冲激光驱动器芯片及单光子雪崩光电二极管 (SPAD) 阵列接收芯片。通过在系统，核心芯片及后端人工智能算法等不同层面的创新，提高了全固态激光雷达的性能并降低了成本，为全固态激光雷达的大规模产业化提供了理论及技术基础。

图1. 全固态激光雷达系统架构

在发射端，研究团队采用了具有一维通道可寻址功能的VCSEL激光器。这种激光器能够显著降低发射功率，同时通过精细地划分视场，将探测区域分割为多个独立子区域，从而有效提高了测量距离。这一技术的运用，使得全固态Flash激光雷达在保持高性能的同时，降低了功耗，为实际应用提供了更多可能性。

图2. 驱动器芯片架构及图片

在接收端，团队设计并实现了单光子雪崩光电二极管（SPAD）阵列。SPAD是一种具有极高灵敏度的光电探测器，能够在极弱的光信号下产生电信号。通过采用先进的像素合并技术，研究团队实现了传感器空间分辨率的可重构性。这意味着激光雷达可以根据不同的应用场景和需求，灵活调整分辨率，以达到最佳的探测效果。

图3. SPAD传感器架构及照片

此外，研究团队还结合了机器学习技术，通过深度图像与强度图像的融合训练/推理，进一步提升了像素合并深度传感器的空间分辨率。这种软硬件协同优化的方法，使得全固态Flash激光雷达在数据处理和解析能力上得到了显著提升，为自动驾驶和ADAS提供了更加准确、可靠的感知信息。采用了先进的180nm BCD工艺，成功制造出了高性能的VCSEL驱动器芯片和SPAD传感器芯片。这些芯片不仅具有出色的性能，还具备高度的可靠性和稳定性，为全固态Flash激光雷达的大规模产业化提供了有力支持。

图4. 分辨率效果及精度

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