激光雷达核心收发器件的滨松演进思路

滨松中国

2024/07/11 09:28

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第六届汽车激光雷达前瞻技术展示交流会于2024年6月21日至22日在苏州国际博览中心成功落幕，此次盛会旨在推动激光雷达、车载光纤通信及先进封装行业迈向更高质量的发展。

在6月22日下午的分论坛一探测器专场中，备受瞩目的滨松中国激光雷达产品负责人蔡红志率先登台，为与会者带来了一场深入的专题报告，即《滨松激光雷达核心收发器件的演进思路》。在这份报告中，蔡红志深入剖析了激光雷达核心技术的演变历程，以及滨松在这一领域内的创新与实践，为行业的高质量发展提供了宝贵的思路与见解。

报告重点从三个方面阐述了滨松在激光雷达核心收发器件的产品研发思路和目前进展。

一、高性能NIR SiPM器件的产品进展和未来规划

滨松持续升级NIR SiPM的性能，推动905 nm和940 nm激光雷达以更低的成本达到1550 nm激光雷达测距效果，300 m@10%反射率。

首先，滨松提供多样化的NIR SiPM产品形态，包括单通道、1D阵列和2D阵列，以满足不同应用场景的需求。此外，滨松还致力于探测器的定制化服务，根据客户的具体需求提供个性化的解决方案。

在已量产的Gen4 SiPM S16786系列产品上，滨松展现出了显著的进步。相较于上一代S15639系列产品，S16786采用了更小的cell尺寸（从25 μm缩减至15 μm），并融入了更先进的芯片结构设计。这一创新使得S16786在PDE（光子探测效率）参数上取得了显著提升，同时噪声参数也得到了优化。

展望未来，滨松在高PDE、高动态范围、短恢复时间、低串扰以及高温度可靠性等方面持续投入研发力量。特别是在高PDE和低串扰方面，滨松正通过不断改善SiPM的芯片设计和生产工艺，力求实现更高的性能。对于正照式SiPM，滨松预计近期将实现905 nm下PDE达到40%，crosstalk（串扰）低于2%的突破；而对于背照式SiPM，滨松更是有着更高的目标，即未来实现905 nm下PDE高达45%，crosstalk降至1%以下的卓越性能。

在高动态范围和短恢复时间方面，滨松在现有15 μm cell的基础上，同步开发了10 μm cell的SiPM产品，以满足客户对高动态范围和短恢复时间的需求。未来，滨松还将继续开发更小cell尺寸的SiPM产品，进一步优化小cell SiPM的性能。

在高温度可靠性方面，滨松的Gen4产品已经通过了-40℃~125℃的高低温可靠性测试，充分满足了部分客户对器件极限环高温125℃的可靠性需求。

二、SiPM vs. SPAD方案的对比、SiPM+ASIC的产品进展和订制化开发思路

在探讨激光雷达的核心组件时，业内对于SiPM+ASIC与SPAD+ASIC两种方案的选择常存在困惑与误解。滨松公司针对这一热点话题，带来了深入的分析与独到的见解。

就通道数和单通道成本而言，采用TCSPC测距原理的SPAD方案确实在高线数激光雷达（≥196线）应用中表现出独特的优势。然而，滨松认为，在方案集成度上，SiPM+ASIC方案同样能够达到与SPAD+ASIC相媲美的效果。

更值得一提的是，在器件功耗、单次测距速度、测距动态范围、背景光抑制以及强反射物体处理等方面，SiPM+ASIC方案展现出了更多的性能优势。此外，该方案还提供了器件定义的灵活性，允许更多的波形模拟信息被捕捉和利用。

紧接着，滨松隆重推出了其最新研发的百元级16ch SiPM+ASIC器件，并深入阐述了滨松在SiPM+ASIC领域的订制化思路。这款新型器件内部集成了先进的Gen5 SiPM（PDE 23%），而其ASIC部分则针对SiPM的输出特性进行了精准的功能匹配，集成了阈值控制、TDC（时间数字转换器）和波形高度测量功能。此外，器件还具备8次多回波功能，为激光雷达客户提供了更为便捷的使用体验。