安森美：車規圖像感知傳感器趨勢及解決方案

2021年6月10日 09:17
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來源 |  首屆焉知智車年會
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安森美：車規圖像感知傳感器趨勢及解決方案的圖1

安森美：車規圖像感知傳感器趨勢及解決方案的圖2

在【首屆焉知汽車年會】上，安森美半導體大中華區智能感知部市場總監郗蘊俠博士以“車規圖像感知傳感器趨勢及解決方案”為主題，分享了半導體器件最基本的車規圖像傳感趨勢以及解決方案。她指出，明顯的趨勢是圖像感知傳感器數目將越來越多，分辨率越來越高，主流還是用攝像頭和激光雷達，所以大數據量不可避免，也要進行處理，因此，必須考慮處理器的能力。

自動駕駛和傳感器發展趨勢

郗蘊俠首先介紹了自動駕駛的趨勢。她表示，去年國家頒布了車輛智能化等級的定義，L3和L3等級以上的車輛部署的傳感器有四類：圖像傳感器（攝像頭）、毫米波雷達、超聲波雷達和激光雷達。去年，中國有非常多的主機廠發布了L2+車型，除了激光雷達外，其他三種傳感器都有使用。在國外，比如特斯拉，還是以視覺攝像頭為主。而中國的車載智能感知發展的非常快，四種傳感器，尤其是激光雷達今年已經在傳統車上布局。包括蔚來、小鵬，還有傳統主機廠如上汽，北汽，長城等都已經開始布局搭載激光雷達。

2020年，中國根據SAE標準頒布了L0到L5的智能等級。對于智能感知，從L1到L5圖像傳感器越來越多，L1更多配備攝像頭、超聲波雷達；L2配備攝像頭和超聲波雷達，毫米波雷達；L3以上則開始使用激光雷達，現在大部分L2到L3車上多達十幾個攝像頭，毫米波雷達3~5個左右。雖然毫米波雷達有向4D成像的趨勢發展，但以視覺感知為主的還是使用攝像頭和激光雷達。

車規圖像傳感器趨勢

郗蘊俠接著介紹了圖像傳感器一個特別明顯的趨勢。她說，最早的圖像傳感器都是VGA 30萬像素，現在30萬像素正在被100萬像素取代。在歐洲，2020年用于感知的標準選擇是200萬像素的圖像傳感器。安森美半導體很早開始研制200萬像素圖像傳感器，為2020年歐洲車輛采用做好了準備。
而今年中國會有非常多的主機廠用到800萬像素的攝像頭，比如蔚來ET7，會有11顆800萬像素的攝像頭，也就是說，軍備競賽不只是車輛系統方面，在搭載800萬高像素的攝像頭，和激光雷達方面，中國已經走在了前面。

為什么做圖像傳感器的公司這么少？

在談到攝像頭相關傳感器的發展時，郗蘊俠表示，與攝像頭有關的傳感器研發難度很大。在汽車半導體器件中，做各種處理器的公司很多，如英偉達，TI,NXP等都做處理器。而做圖像感知芯片的比較少，為什么？因為圖像傳感器是非常難設計的一個半導體器件。一般做“大腦”的處理器用到數字電路+模擬電路，大部分都是數字的，模擬比較少，如PLL、ADC等。圖像傳感器不只是數字和模擬部分，還有Bond layer（鍵合層），需要很多與光相關的器件，Pixel Transistor, Photodiode（光電二極管）,Color Filter Array (CFA), Microlens Array,比一般半導體器件多四層，所以制成也有難度。

圖像傳感已不是給人看了

圖像傳感有什么樣的挑戰呢？郗蘊俠認為，除了傳感器融合，還有一個趨勢，即圖像傳感已經不是完全給人看了。以前泊車時，是用單個攝像頭給駕駛人員看，現在提升到環視系統。2020年很多車有自動泊車輔助(APA)功能，一按鍵車就自動停進去。這不是靠人眼判斷，而是上升到了機器視覺，車本身進行監測、評估。

現在APA又提升到AVP（自動代客泊車）L4等級的應用，也就是說，離車庫50米、100米甚至是1000米時，車可以自動停進去。百度和威馬W6的車型已經實現了AVP，是中國第一個AVP量產，使用的是安森美半導體的傳感器。所以，一個很重要的趨勢是，車輛由L0上升到L2時已經不是給人看了，十幾顆攝像頭大部分是給機器看，做判斷。

機器做判斷時有一個重要的指標是寬動態。最亮地方和最暗地方的比值，這就叫寬動態。在真實世界中，寬動態會多大？在一些場景，最亮和最暗對比會超過120dB，也就是說，圖像傳感器的寬動態必須達到120 dB，甚至更高。安森美半導體現在的圖像處理器已經達到140dB，下一代可以到160dB。

車規化和可靠性要求越來越高

郗蘊俠說，一個挑戰是車規化要求更高，可靠性要提高，尤其是在升級到無人駕駛的情況下?，F在大部分人會自己開車，每天上班使用最多四個小時。而共享車輛是未來的趨勢，需要一直在跑，兩三年車輛壽命就結束了。

不只是可靠性，一輛L3以上的車，在高速上可以自動駕駛，你是不是有勇氣讓它在高速上自動駕駛呢？所以，除了可靠性以外，車輛還要有可信性，就是安全性，包括功能安全和網絡安全。

隨著車輛自動化，艙內也會有各種需求，包括駕駛人員監控和乘客監控。

激光雷達趨勢如何？

郗蘊俠還談到了與圖像有關的激光雷達趨勢。之前人們總是覺得激光雷達是不可及的東西，因為太貴了，最早一個激光雷達的價格就是一輛車的價格，大家不敢用的原因就是因為它太貴。第二個不敢用的原因是可靠性不夠。

圖像傳感器攝像頭壽命一般是10年。激光雷達從最早只有一年保質期，現在可以達到5年?，F在傳統車更多選擇可靠性較好，保質期更長的激光雷達。為什么激光雷達不能量產呢？與半導體技術有關，汽車的變革、系統的變革，實際上都是從半導體開始，有了好的半導體器件，才有可能實現真正的系統，比如數據量、帶寬提升都與半導體有關。現在激光雷達基本上采用APD（雪崩光電二極管）技術，APD是線性的，檢測長距離需要激光能量很大。另外，它的一致性不好，很多需要用人工標定。幾百顆，幾千顆可以，上到萬顆，人工標定的代價就太大了，所以一致性是激光雷達量產一個非常重要的指標。在車規化方面，很多激光雷達只是說系統做了車規化，實際上很多內部元器件還沒有過車規化的等級。因此半導體部件的車規化，才會帶領整個系統的車規化，這是激光雷達大批量量產的要求。

她認為，激光雷達真正的量產有幾個標志，第一，半導體器件等級一定是要過車規，可靠性高；第二，PDE（光子探測效率）值要高，第三，一致性好，低功耗。

感知解決方案一應俱全

郗蘊俠稱，安森美半導體1999年從摩托摩拉分出來，是一家老牌半導體公司。公司可以提供8萬多種半導體器件，涵蓋五大應用，汽車是最大的業務部門，占總收入的30%左右。

在感知方面，智能感知部門涵蓋多種傳感器，如提到的激光雷達和攝像頭，全球專利2000多項。值得一提的是，針對汽車行業，2005年安森美半導體CMOS圖像傳感器開始大批量量產，使得汽車有了攝像頭，真正有了眼睛。

在汽車行業，大部分圖像傳感器已經不是看的功能，車輛從智能駕駛輔助（ADAS）到自動駕駛(AD)，圖像傳感器感知功能越來越重要。目前，安森美半導體在ADAS中占有80%份額，L2、L2+以上占全球90%份額。到2020年安森美半導體已經增長到年付運大于1億顆圖像傳感器，幾乎全球的車廠都是安森美半導體客戶。之所以能做到這一點，主要有幾個原因，第一是車規，力爭達到0 PPM，這讓主機廠最放心；第二是提供的是硬件整體系統解決方案，除了圖像傳感器外，還有周邊器件，如符合功能安全的汽車安全完整性等級D級(ASIL D)的電源芯片，一個攝像頭中一半以上甚至2/3都可以用到安森美半導體的器件。

安森美半導體提供種類最多，應用最全的圖像傳感器方案。如HayabusaTM平臺系列產品AR0147AT, AR0233AT, AR0323AT采用突破性的3.0微米背照式像素設計，超級曝光功能即使在最具挑戰性的場景中，也能提供120 dB HDR和減少LED閃爍(LFM)的高保真圖像，而不會犧牲微光靈敏度。另一個可擴展的圖像傳感器系列AR0138AT、AR0220AT和AR0820AT，具有大像素4.2 um，在微光場景下提供領先性能，能實現要求越趨嚴謹的ADAS和自動駕駛。客戶可以先用一個傳感器開始早期開發，使其算法適應像素性能和系統特性，再通過進一步測試擴展至更多分辨率。這樣利于平臺化開發，縮短項目上市時間，降低系列攝像機系統開發成本，便于客戶系統平臺的升級和降本。

另外安森美半導體提供新興的艙內監控應用的傳感器產品線，具有最佳的紅外(IR)響應，可以在紅外條件下清晰地看到駕駛員眼睛，具有最佳的全局快門效率，明亮環境下的圖像受控等優點。功能安全和網絡安全是ADAS和自動駕駛的關鍵要求。在功能性安全方面，安森美半導體具有最大陣容的功能性安全專利、最早將功能安全實現在CMOS圖像傳感器(CIS)。此外，安森美半導體提供全球首個具有網絡安全的圖像傳感器，通過數據安全方面加入新功能來保障安全。

激光雷達產品和SiPM/SPAD技術

郗蘊俠表示，在激光雷達方面，安森美半導體可以提供5類器件，除了光電探測器以外，安森美半導體還提供激光系統中符合車規的驅動芯片、電源芯片、放大器和讀出芯片等整體系統硬件解決方案。安森美半導體于2018年收購專門做SiPM（硅光電倍增管）和SPAD（單光子雪崩二極管）探測器的公司——SensL，成為擁有此技術的市場領袖，這些技術是實現激光雷達系統的核心器件。安森美半導體的目標是實現符合車規、高增益、低成本、尺寸緊湊的光電探測器，極其適用于解決汽車長距離激光雷達的微光探測挑戰，提供業界最高靈敏度、最佳一致性和低噪聲的產品。尤其2021年初推出符合車規的激光雷達核心光電探測器器件 SiPM 1X12 線陣，為車規化激光雷達量產做好充分準備，成為全球知名激光雷達系統客戶的首選。此外，在激光雷達探測器中，可以提供3種產品：單點、線陣和面陣。

她最后強調，安森美半導體非?？春玫募夹g是SiPM（硅光電倍增管）和SPAD（單光子雪崩二極管）探測器。首先，SiPM和SPAD技術與已有的APD產品相比，具有高靈敏度（2000倍），高增益（1萬倍），供電電壓低（~32V），及最佳一致性等優勢。另一個明顯優勢就是安森美半導體從一開始就考慮汽車認證去設計光電探測器及其封裝，并采用CMOS工藝。安森美半導體為客戶提供快速全面的服務，通過廣泛的現場應用工程師網絡、激光雷達相關的應用文件和視頻庫、產品演示系統、經驗證的激光雷達模型的仿真數據等，有助于客戶掌握新技術并快速將產品落地。

安森美：車規圖像感知傳感器趨勢及解決方案的圖3

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