靈明光子ADS6401 芯片

靈明光子ADS6401系列SPAD dToF芯片，是專為消費電子設備設計的低功耗3D深度感知芯片，可以兼容點激光、線激光、面陣激光的投射端，深度感知分辨率最高達到960點。ADS6401可廣泛應用于智能手機、MR/AR眼鏡、智能攝像頭、筆記本電腦、平板電腦、專用設備、掃地機器人、無人機等行業的實時三維測距及建模類應用。

（spot dToF 點云圖）

（面陣 dToF 點云圖）

單光子雪崩二極管SPAD（Single Photon Avalanche Diode）是支持dToF（direct Time-of-Flight，直接飛行時間深度測量）技術的最前沿感知器件。通過結合SPAD器件與邏輯電路，ADS6401可以計算脈沖光從發射到返回的飛行時間來獲取距離信息，實現了極低功耗、極高精準度、高幀率下的實時三維測量。

3D堆疊傳感芯片3D堆疊技術類似于CMOS Image Sensor，3D堆疊傳感芯片需要將上下兩片晶圓鍵合在一起。通過將BSI背照式的SPAD傳感芯片晶圓（上方）和數字邏輯電路晶圓（下方）以Cu-Cu混合金屬鍵合技術進行堆疊，ADS6401實現了從光傳感到電傳輸再到數字電路處理的高效直通。這一設計使得芯片整體面積減小，傳感器和邏輯電路可以分別采用不同工藝節點下的最優制程，大幅降低芯片功耗。同時探測器效率高，布線容易，也使得芯片面積的使用效率提高。 靈明光子2021年已經成功完成了首次3D堆疊芯片流片，通過多年與業界頂級晶圓廠的工藝深度合作開發，公司3D堆疊技術目前已進入成熟的階段。靈明光子在SPAD層工藝設計中積累了多年的豐富經驗和關鍵型的知識產權，具有光子捕捉等多種靈明光子專有SPAD技術。BSI SPAD已經應用于靈明光子包括SiPM, SPAD Image Sensor (SPADIS)等多個產品線，其中SPAD的PDE（光子轉換效率）在940nm波段達到了25%以上。

芯 片 性 能 ADS6401 ADS6401

ADS6401是國內首款完成量產驗證的3D堆疊dToF傳感芯片。在靈明光子已有的成熟設計上，公司專為SPADIS產品線的3D堆疊工藝重新設計和優化了BSI SPAD，針對上下兩層芯片的質量控制和量產準備搭建了完整的自動化測試流程。目前已經完成了包括工藝驗證、自動化測試、良率提升和可靠性測試等多個步驟的芯片量產準備。

ADS6401 SPAD dToF 深度傳感芯片

ADS6401

芯片參數

ADS6401感光區尺寸為1/6.76，對角線長度為2.6mm，實現有效像素210x160共33600個SPAD像素，像素尺寸10μm，芯片總面積為3.6 x3.4mm。有效深度輸出為240個點/分區，4分區整合下為960個點；芯片支持灰度圖和深度圖兩種方式輸出，PDE@940nm14~20%，測距范圍支持0-19m。帶有片上溫度檢測和電壓檢測；芯片通過片上驅動信號，可以輸出高頻脈沖驅動外部driver，波形可調控；可在主/從兩種模式下，利用VSYNC信號和RGB攝像頭同步；

ADS6401

技術功能

ADS6401可以匹配多種發光端光學設計，支持點線面等不同的發光模式，在低功耗情況下呈現出色的測距性能。以約500點的散點投射的參考設計方案為例，在0.15m-6m測距距離內的芯片功耗約為80mW，整體系統功耗約為230mW（30FPS下，包含芯片功耗，發射端功耗，以及用戶SoC上進行深度計算功耗）；在0.15-6m范圍內的近距離測量精度達到了5mm，遠距離下精度小于1cm；在8m下的精度可達到1cm即0.125%，最遠測距可配置到19m。靈明光子通過優異的系統方案設計，使得ADS6401在室內外均表現出優異的性能，在室外工況下達到了50Klux下測距6m的抗陽光水平。

最遠距離及室外抗陽光的實景測試

ADS6401芯片的輸出數據為統計直方圖形式，配合客戶的主控芯片進行計算深度，相比于片上直出深度的模式，能夠開放更全面的測距功能。通過客戶自定義的統計直方圖數據處理方式，可以攻克dToF技術中的一些關鍵難點，包括蓋板串光致盲和pile-up等現象，滿足客戶對于近距離盲區、測距精度、魯棒性的基礎要求；支持在SoC上做測距置信度的計算和多峰檢測等高級信號處理功能；滿足客戶實現點云濾波、抗玻璃干擾（玻璃檢測）、消除多路徑干擾等高級需求。并且，統計直方圖數據能夠供研究者和開發者進行創新應用的開發，包括利用直方圖信號對測距濾波，環境光信號分析，以及在醫學和醫療方面的熒光壽命測量。SoC側的算力消耗在30FPS下約為0.5GOPS，適用于CPU、DSP、NPU等多種計算架構，靈明光子可以提供相應的計算加速參考代碼。

ADS6401芯片具備高效的多區控制和多區數據直出能力，可以利用4分區實現 120/240 FPS的超高子畫幅幀率，為高速影像和AR交互提供支持。同時，通過配合分區/單區不同類型的激光驅動模式，可以實現分區/單區的分別工作調用，在此基礎上能夠進一步降低全畫幅的分辨率要求，最終實現整體系統功耗的進一步降低，將發射端和接收端的總功耗控制在100mW以下。

應 用 場 景

ADS6401

ADS6401顯著增強攝像頭的工作能力，實現自動對焦、電影模式、夜景人像、圖像處理等高級影像效果；完善了暗光環境中的自動對焦，為短視頻拍攝提供“一鏡到底”的效果；能做到在多個攝像頭之間的無縫線性切換，視場角可在66x54度范圍內覆蓋；結合RGB的信息可以進行RGBD深度融合，具備生成豐富的焦外虛化和多樣的背景特效處理的能力。

靈明光子Adaps已與高通Qualcomm和虹軟Arcsoft公司合作，通過ADS6401實現了安卓陣營全球首款的dToF電影模式，并于2022年11月16日在三亞的高通年度驍龍技術峰會上進行了實機展示，搭載ADS6401的高通QRD手機實現了驚艷的手機電影模式效果，得到高通全球副總裁侯明娟和高通產品市場高級總監徐恒的大加贊賞。

dToF傳感器可以和RGB攝像頭結合，實現相輔相成的完美互補，將點云圖從稀疏到稠密的多種類型完全覆蓋，從而實現了對各類人體姿態和手勢運動的捕捉與追蹤。也可以結合IMU，搭建SLAM和3D mesh功能，有利于XR頭顯設備實現極致的虛實交互功能。同時，靈明光子已開發完善了算法體系，提供基礎的RGBD融合、平面檢測、手勢識別等算法的基礎原型，供客戶進行二次開發。算法合作方基于ADS6401已經開發了完善的商業級的SLAM、3D mesh網格、RGBD融合、平面錨定、遮擋關系等算法功能，歡迎垂詢！

審核編輯 ：李倩