電子愛好者網(wǎng)報道(文章 / 上周，我們報道了一個新的激光雷達(dá)。 ASIC 這個方案，值得注意的是這個方案。 ASIC 所有組合的傳感器都選擇了 SiPM。當(dāng)然，從成本的角度來看，激光雷達(dá)作為第三方 ASIC 方案，SiPM 對當(dāng)前主流來說 200 從產(chǎn)品定義的角度來看，線內(nèi)激光雷達(dá)更具優(yōu)勢。

而且從行業(yè)趨勢來看，像禾賽、速騰聚創(chuàng)等頭部廠商聚焦數(shù)字激光雷達(dá)的路線說明，SPAD 正在替代 SiPM 成為激光雷達(dá)的接收端傳感器。

SiPM、SPAD 有什么不同？

現(xiàn)在市場上的車載激光雷達(dá)主要接收芯片 APD(雪崩光電二極管)和 SPAD(單光子雪崩二極管)/SiPM(硅光電倍增管)，如圖達(dá)通 Falcon 采用了激光雷達(dá)接收部分 4 個 APD；速騰聚創(chuàng) M1 上面用的是濱松 SiPM。

第一，我們要知道，二極管雖然具有單指導(dǎo)電的特性，但是在反向電壓較大的情況下，也可以使二極管穿透。APD 在光電二極管的基礎(chǔ)上，施加一定的反向電壓，使得光電二極管只需要少量的光子輸入就能誘發(fā)二極管的雪崩，反向電流急劇增加，實現(xiàn)高靈敏度的光子檢測。

不過，因為 APD 與抗干擾性相比，靈敏度更高 SPAD 以及 SiPM 較低，因此現(xiàn)在新的激光雷達(dá)逐漸不再選擇。 APD 作為接收器。

SPAD 則是在 APD 在此基礎(chǔ)上，直接從光電二極管上施加反向電壓，使其處于擊穿狀態(tài)。此時，至少只需要一個光子擊中光電二極管中的電子，就可以誘發(fā)“雪崩擊穿”。因此，與 APD，SPAD 具有較高的靈敏度，可以實現(xiàn)單個光子的檢測，所以也被稱為“單光子雪崩二極管”。

一般來說，激光雷達(dá) SPAD 時間，指的是 SPAD 陣型，也叫陣型 SPADs，也就是說，接收器是多個接收器 SPAD 模擬信號由單元組成的陣型直接導(dǎo)出。因此使用 SPAD 作為接收器的激光雷達(dá)，陣型將被制造商宣傳為數(shù)字激光雷達(dá)。

SiPM 跟 SPAD 事實上，陣型在物理結(jié)構(gòu)上是相似的，都是由多個組成的。 SAPD 光敏模塊組合而成。但是在傳感器的實際應(yīng)用中，SiPM 由多個 SPAD 并聯(lián)而成，最終導(dǎo)出具有動態(tài)分辨能力的模擬信號，即通過發(fā)生山崩的模擬信號 SPAD 判斷輸入光子的強(qiáng)度的數(shù)量。

對于激光雷達(dá)，還需要通過一系列外部模擬信號處理電路， SiPM 將輸出信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后導(dǎo)出 ASIC 或是 FPGA、SoC 等待主板芯片處理。

所以，我們可以認(rèn)為，SiPM 跟 SPAD 陣型的區(qū)別，就是 SiPM 輸出是模擬信號，而且 SPAD 模擬信號是陣型輸出。

SPAD 的應(yīng)用趨勢

Yole 根據(jù)最新報告的統(tǒng)計， 2018 2008年，世界上所有激光雷達(dá)產(chǎn)品的接收器都使用了 APD；到了 2024 2008年，激光雷達(dá)接收器市場發(fā)生了巨大變化，SiPM 成為主流，占比高達(dá) 69%，SPAD 在 2024 年度嶄露頭角，占比 18%，而 APD 占比下降到 13%。

在 2024 年，SPAD 只有華為激光雷達(dá)產(chǎn)品使用，而且激光雷達(dá)市場份額最大的玩家，禾賽和速騰聚創(chuàng)，車載激光雷達(dá)都使用 SiPM。APD 這一份額主要是因為像選擇一樣選擇 1550nm 圖達(dá)通的光源 Seyond，以及法雷奧的舊激光雷達(dá)產(chǎn)品仍在使用。

在 yole 估計中，預(yù)測到 2030 年，SPAD 汽車激光雷達(dá)市場的份額將增加到 33%，SiPM 下降到 61%，APD 這個份額進(jìn)一步縮小到 6%。2035 年，SPAD 占比將達(dá)到 49%，超越 SiPM 的 48% 份額，而 APD 繼續(xù)下降到 3%。

然而，也有很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，SPAD 取代 SiPM 的進(jìn)程要比 yole 預(yù)測更快。

因為車規(guī) SPAD 陣型接收器芯片，目前有能力量產(chǎn)的廠家不多，產(chǎn)品選擇也不多。華為率先在其中 192 索尼用于線遠(yuǎn)距激光雷達(dá) IMX459 車規(guī)級 SPAD 值得一提的是，今年速騰聚創(chuàng)推出的數(shù)字激光雷達(dá) EMX 同樣是 192 線路，官方資料顯示其使用 SPAD-SoC 芯片，其中的 SPAD 或許也是 IMX459。

事實上，從近一年各大激光雷達(dá)廠商推出的產(chǎn)品來看，SPAD 這一技術(shù)趨勢的確已基本確定，比如今年速騰聚創(chuàng)相繼推出的 EMX、EM4 長距離激光雷達(dá)，圖達(dá)靈雀 E2 所有主視雷達(dá)，均采用 SPAD-SoC 的方案。禾賽也在不斷地進(jìn)行布局 SPAD 技術(shù)，自研 3D 堆疊 SPAD 面陣探測器，將應(yīng)用于下一代車載遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)。

另一個 SPAD 大量使用的產(chǎn)品是短距離補(bǔ)盲雷達(dá)，比如禾賽的補(bǔ)盲雷達(dá)。 FT120、FTX，速騰聚創(chuàng)的 圖達(dá)通的靈雀E1 E2 等等。補(bǔ)盲激光雷達(dá)由于對檢測距離要求較低，對小體積要求較高，所以多采用 Flash 純固體方案。

對純固體而言 Flash 對于激光雷達(dá)來說，分辨率取決于接收端的激光功率和發(fā)散角和傳感器像素的數(shù)量。因為單位面積可以提供更多的像素， SPAD 陣型變成 Flash 統(tǒng)一選擇激光雷達(dá)。

可預(yù)見的是，在未來激光雷達(dá)數(shù)字化的趨勢下，SPAD 激光雷達(dá)市場將迅速席卷市場，這也將帶來巨大的機(jī)遇。除了頭部廠商的選擇和自主研發(fā)，國內(nèi)更多的芯片廠商正在布局 SPAD 包括靈明光子、芯視界、阜時科技、識光芯科等在內(nèi)的商品正在開發(fā)車規(guī)商品。

當(dāng)然索尼在 SPAD 這個領(lǐng)域起步較早，尤其是汽車規(guī)則產(chǎn)品仍然具有很大的優(yōu)勢。前幾天索尼發(fā)布了 IMX459 下一代商品 IMX 479，毫無疑問，這也將是一些高端車載激光雷達(dá)的選擇。

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