隨著自動駕駛技術的發展，以及蘋果iPhone 12 Pro搭載了激光雷達，讓激光雷達在市場又火了一把。其實早在兩年前激光雷達就已經是競爭異常激烈的賽道了，國內外的初創企業眾多，技術路徑和產品方向也是五花八門，用從業者的話說“產業還處在軍閥混戰的階段，最終行業選擇的技術方案還沒有定下來。如果不把一家激光雷達公司的產品拆開看，還真不知道用的什么方案”。

iPhone 12 pro的dToF模組及其完整發射陣列

激光雷達經過幾年的發展，產業鏈從芯片、模組和系統方案商、客戶領域都逐漸完備，上市公司從2020年底逐漸增多，各個企業都在廣積糧。領域主要分為四大類：消費類、車載類、工業類、安防類，消費類和車載類的客戶都是追求最新技術、最高性價比、且最能夠迅速起量，是各家的必爭之地，競爭也最激烈。

- 相關激光雷達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單點測量的，需要加掃描的dToF；有用蓋格雪崩二極管SPAD生成點云不需要加掃描的dToF，屬于全固態Flash；還有用圖像傳感器CIS生成點云不需要加掃描的iToF，也屬于全固態Flash；在以上基礎上增加FMCW調制抗干擾，分為掃描或者直接生成點云。光源芯片分為水平腔面發射HCSEL、垂直腔面發射VCSEL、邊發射EEL、以及LD。

- 除了大廠全產業鏈覆蓋，專門的系統方案商一般只采購芯片做模組和系統：有用機械掃描的系統方案商；有用微振鏡MEMS做掃描方案的系統方案商；還有用OPA做掃描方案的系統方案商；以及面陣激光雷達一次生成點云的系統方案商，例如蘋果。

飛芯電子的車載激光雷達方案——基于Flash體系的長距離、抗干擾的車載激光雷達芯片

飛芯電子創始人雷述宇博士向36氪記者表述；“2016年前后因為業務往來頻繁接觸到一些車企和Tier 1廠商，在了解各方需求后更堅定車載激光雷達將是未來汽車市場的一條主賽道。激光雷達自二戰以來進展緩慢，目前仍然是發射-接收測量飛行時間的ToF原理，從這一點切入，飛芯要在激光雷達領域進行革新，推動激光雷達的發展，讓激光雷達能夠在各種領域得到應用”。

車載激光雷達路線圖【圖片來源：ISSCC2021】

從上圖不難看出，不論是純機械轉動掃描或者MEMS微機電掃描，雖然具有更好的發射條件（單位時間單位視場角內最大的光功率密度），但以不提高收發信道技術為前提，單一以增大回波能量實現遠距離探測已經很難滿足在未來復雜場景下同類設備抗干擾，以及機械結構的長時間可靠性問題。與此同時，全固態Flash雖然實現了全固態系統的高可靠性，但接收視場角的增大以及發射光功率密度的降低，又導致全固態Flash在長距離探測及抗干擾能力的問題。因此，2016年底飛芯電子成立的時候，團隊在與BOSCH Stuttgart等技術團隊共同反復論證后，明確飛芯只做全固態、非掃描的雷達芯片和系統方案，同時要解決傳統全固態Flash碰到的問題。

傳統Flash激光雷達無法解決同類設備干擾及視場角過大帶來的回波光功率密度嚴重退化問題

為此飛芯電子采用獨有專利[CN110389351A、WO2019200833A1]，實現了一種基于偽隨機序列的Flash體制長距離、抗干擾激光雷達技術。接收焦平面探測器陣列的像素單元中集成了一種與發射體系相匹配的電荷域共模信號消除技術，像素會將發射端的偽隨機序列碼中有效激光回波信號與像素內共模消除機構同步，確保“自我”有效回波信號產生的光電子收集以及對背景光與其他設備干擾信號產生的光生電子無法被有效“積分”，這樣就實現了在電荷域實現信號區隔與處理，大幅抑制了由模擬處理，數字量化再到系統級算法處理引入的噪聲及失真對于微弱有效信號的影響；同時像素級折疊積分技術擴展了動態范圍，解決了傳統像素單元阱容較小無法實現大范圍積分的能力。

飛芯電子的車載、消費類激光雷達同步研發

與此同時，基于對激光雷達技術的深度理解，飛芯也將產品降維延伸到消費領域，在車載激光雷達芯片的基礎上往消費類擴展，需要考量差異化的細節，例如車載激光雷達要求距離遠、動態范圍大、抗干擾，正因為這些需求導致了復雜的像素級處理技術，因此研制的面陣里面的像素有3000多個管子；而消費端產品要求成本低、功耗低，因此面陣里面的像素設計只需要30-40個管子，相差甚大。

飛芯在iToF產品逐漸完善的同時也同步開發dToF產品，從產品技術到市場領域拓展應用覆蓋面。參考芯片方案，飛芯激光雷達芯片系列有：

- 方案1. iToF接收焦平面陣列+diffuser+讀出電路硅基單片集成芯片，如果是消費類加上940nmVCSEL光源做發射，如果是車載類加上905nmVCSEL光源做發射;

- 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光源做發射，在消費類適用。

消費類dToF芯片、消費類iToF芯片、車載類iToF芯片、車載類iToF模組

針對消費類產品，飛芯iToF與目前主流廠商產品主要技術特征區別在于：

- 具有獨創的像素單元結構，該結構在保證近紅外量子效率的前提下，實現了動態調制機構低寄生負載的能力，便于在未來集成更高分辨率的iToF陣列規模；

- 列級動態比較器技術與相關采樣技術的加持，進一步降低共模噪聲并降低讀出電路功耗；

- 獨創的高低功耗自適應模式解決了高速串行接口的功耗問題。

而其dToF技術則采用了與蘋果類似的spot發射體系，但不同之處在于：

- 獨創的像素級快速復位及淬滅電路，進一步降低了像素的死區時間；

- 動態時間數字轉換電路架構，解決了高頻與高功耗的沖突并降低了片內存儲空間；

- 多觸發系統實現技術，實現了100lux背景光條件下的探測。

據創始人雷述宇博士透露，飛芯全線產品將于今年下半年陸續發布，且已經和車載端、消費端等頭部客戶展開合作，預計2021年出貨量近百萬顆（套），銷售收入約為5000萬人民幣以上。雷述宇博士透露，飛芯同時還在研發下一代方案，要在像素里做FMCW硬件調制，用像素內的模擬電路而不是ADC后的數字域來解決，這需要解決退相干效應，最終目標是市場所有攝像頭都能夠實現2D和3D融合。

FMCW相干測距原理

基于對汽車產業的深刻認知，博世創業投資有限公司（以下簡稱博世創投）對外投資曾先后于2017年和2018年兩次投資飛芯電子。博世創投合伙人認為：“激光雷達在硬件方面最有技術空間，博世創投要投的是從事下一代純固態技術的公司，而飛芯電子則是專注于研發和制造用于機器人和無人車固態激光雷達的優秀投資標的。即便是L4或是L5級自動駕駛尚未落地，激光雷達依然有其市場存在空間，投資飛芯電子就是在尋找科技的拐點。” 據悉，飛芯已于近期啟動B輪融資，主要用于后期產品研發、產線測試、流片量產、海外專利布局、團隊擴充以及后期的市場拓展等方面。

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