近日,深圳北極芯微電子有限公司(下稱“北極芯微”)宣布具備完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能SPAD(單光子雪崩二極管)研制成功,順利通過(guò)測(cè)試驗(yàn)收,并基于自研SPAD同步推出全新dToF(直接飛行時(shí)間測(cè)距)芯片和PCI(光子計(jì)數(shù)成像)芯片,實(shí)現(xiàn)單光子感知芯片國(guó)產(chǎn)化突破。
北極芯微SPAD芯片(晶圓)
北極芯微是一家專注于深度傳感與微光成像芯片設(shè)計(jì)的高新技術(shù)企業(yè),總部位于深圳,并設(shè)有武漢研發(fā)中心。作為國(guó)內(nèi)最早邁入單光子傳感器研究領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì),北極芯微一直從事SPAD開(kāi)發(fā)、深度感知及微光成像算法研究與實(shí)現(xiàn),并致力于打造更加敏捷高效的單光子感知芯片解決方案。
SPAD是一種具有單光子探測(cè)能力的光電器件,能夠用光速實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量,達(dá)到微秒級(jí)測(cè)量時(shí)間及亞毫米測(cè)量精度,同時(shí)它能以光子計(jì)數(shù)的方式進(jìn)行圖像采集,實(shí)現(xiàn)夜視成像或高速成像,是新一代單光子感知芯片的核心器件?;赟PAD的感知芯片廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光對(duì)焦、接近傳感、3D建模、微光成像、熒光分析等領(lǐng)域,目前每年使用量已超過(guò)十億顆,并且是公認(rèn)的低成本車載激光雷達(dá)最有競(jìng)爭(zhēng)力的方案之一,有廣闊的發(fā)展前景。據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole Development預(yù)測(cè),至2026年3D感知市場(chǎng)將保持14.5%的年復(fù)合增長(zhǎng)率,2026年全球3D感知市場(chǎng)容量將達(dá)到150億美元;且據(jù)另一調(diào)研機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan預(yù)測(cè),至2025年圖像芯片市場(chǎng)將保持11.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率,2025年全球圖像芯片銷售額將達(dá)到330億美元。
基于SPAD的感知芯片主要應(yīng)用領(lǐng)域
部分圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
SPAD研發(fā)涉及材料特性、雪崩機(jī)制以及工藝開(kāi)發(fā)等諸多物理和工程問(wèn)題,要求同時(shí)具備高時(shí)間分辨率、高一致性、低暗噪聲、高探測(cè)效率等特性,具有極高的技術(shù)壁壘。目前相關(guān)可實(shí)用的技術(shù)被Sony、ST、AMS、Canon等國(guó)外大廠所壟斷,國(guó)內(nèi)廠商由于沒(méi)有高性能、高可靠性的SPAD IP,其產(chǎn)品性能與國(guó)外大廠同類產(chǎn)品相比有較大差距。
北極芯微SPAD芯片結(jié)構(gòu)示意圖
認(rèn)識(shí)到高性能SPAD的重要性和技術(shù)壟斷性,并結(jié)合團(tuán)隊(duì)多年的技術(shù)積累,北極芯微志在將核心技術(shù)牢牢握在自己手中,從成立之初就選擇了自研SPAD的艱難道路,基于豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)研制出了具備完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全新高性能SPAD,并一次性成功點(diǎn)亮。北極芯微研制的SPAD在關(guān)鍵性能上均明顯高于競(jìng)品,打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷,具有以下優(yōu)勢(shì):
· 時(shí)間分辨率高,單光子探測(cè)時(shí)間抖動(dòng)小于25ps,達(dá)到世界領(lǐng)先水平,保證了亞毫米精度得以實(shí)現(xiàn);
· 一致性好,擊穿電壓波動(dòng)小于0.1V,達(dá)到世界領(lǐng)先水平,讓產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)定更容易的同時(shí)可以獲得更高的可靠性;
· 暗噪聲小,暗計(jì)數(shù)率低至0.3cps/μm2,領(lǐng)先同類產(chǎn)品兩個(gè)數(shù)量級(jí);
· 紅外靈敏度高,峰值波長(zhǎng)650nm,且905nm探測(cè)效率達(dá)11%。
北極芯微SPAD單光子譜,清晰的單光子譜說(shuō)明SPAD具備優(yōu)異的單光子分辨能力
北極芯微SPAD擊穿電壓測(cè)試結(jié)果,擊穿電壓分布范圍24.6-24.7V
與自研SPAD同步發(fā)布的還有DTS3040 dToF芯片和PCL7150 PCI芯片。
DTS3040 dToF芯片
DTS3040是一款單通道dToF芯片,片內(nèi)集成自研的SPAD、高速TDC及測(cè)距算法協(xié)處理器,內(nèi)置時(shí)間相關(guān)光子閾值算法等,能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測(cè)距的同時(shí)保證優(yōu)異抗環(huán)境光性能和抗干擾能力。DTS3040采用I2C和SPI接口,并使用緊湊可靠的光學(xué)LGA封裝,可應(yīng)用于無(wú)人機(jī)定高和避障、掃地機(jī)和AGV避障、loT(用戶或物體存在檢測(cè))、容量檢測(cè)(庫(kù)存檢測(cè)、液位檢測(cè)等)、接近檢測(cè)等領(lǐng)域。
PCL7150 光子計(jì)數(shù)成像芯片
PCL7150光子計(jì)數(shù)成像芯片是一款區(qū)別于傳統(tǒng)CMOS和CCD的新型圖像芯片,采用自研SPAD作為感光元件,可對(duì)單個(gè)光子進(jìn)行檢測(cè),通過(guò)記錄接收到的光子數(shù)量獲取圖像信息。PCL7150實(shí)現(xiàn)了像素層級(jí)的信號(hào)數(shù)字化,無(wú)需AD采樣即可輸出圖像數(shù)據(jù),因此輸出幀率遠(yuǎn)高于CMOS圖像芯片,可達(dá)15Kfps@25MHz時(shí)鐘。同時(shí)PCL7150片內(nèi)集成灰度質(zhì)心算法,能夠以53.8Kfps的速度輸出質(zhì)心數(shù)據(jù),大幅提升測(cè)量速度。每個(gè)像素具備256階灰度,并可通過(guò)多幀疊加靈活實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用下所需圖像深度。PCL7150可用于激光位移芯片、激光卡尺、掃地機(jī)避障雷達(dá)(三角法)、圖像掃描等領(lǐng)域。
據(jù)悉,北極芯微DTS3040和PCL7150兩款產(chǎn)品在發(fā)布前已獲得客戶的高度關(guān)注和跟進(jìn),目前已獲得數(shù)百萬(wàn)元訂單,并將于9月下旬開(kāi)始供樣及小批量交付。
據(jù)北極芯微透露,接下來(lái)北極芯微將基于自研的SPAD在年內(nèi)推出高性價(jià)比單點(diǎn)dToF芯片及模組、8×8小面陣dToF芯片、微光成像面陣芯片及樣機(jī),并將持續(xù)快速推出一系列深度傳感及微光成像芯片以豐富解決方案和進(jìn)一步降低成本。北極芯微愿與友商一起構(gòu)建單光子感知芯片生態(tài),努力推動(dòng)單光子感知芯片規(guī)模化應(yīng)用,始終銘記讓視覺(jué)傳感更加敏捷高效的使命,造福消費(fèi)者。
新聞來(lái)源:MEMS