索尼在单芯片中为汽车激光雷达堆叠 SPAD 传感器和逻辑
除了车载摄像头、毫米波雷达等传感设备，激光雷达正日益成为高精度检测和识别道路状况，以及汽车和行人等物体位置和形状的重要组成部分。但是，激光雷达确实还存在一些技术障碍，包括需要进一步改进测距性能，无论使用环境和条件如何，都需要提供更高的安全性和可靠性，以及转向固态设计以实现更紧凑的形式和更低的花费。正在采取各种举措来应对这些挑战。
在用于激光雷达距离测量的各种方法中，单光子雪崩二极管 (SPAD) 像素用作直接飞行时间 (dToF) 传感器中的一种检测器，它通过检测时间来测量到物体的距离从光源发出的光到被物体反射后返回传感器的飞行（时间差）的过程。
索尼表示，它已经成功地创建了一个独特的设备结构，将SPAD像素和测距处理电路包含在单芯片上，并声称这是汽车激光雷达的行业首创，其新的IMX459 SPAD深度传感器计划于3月开始提供样品2022 年。新传感器将通过提高高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶 (AD) 所需的汽车激光雷达检测和识别性能，为安全、可靠的未来移动做出贡献。
新的 IMX459 利用了索尼在 CMOS 图像传感器开发过程中创造的技术，例如背照式像素结构、堆叠配置和 Cu-Cu 连接。这种设计有助于实现微小的 10 μm 方形像素尺寸，从而在 1/2.9 类型格式上实现约 100,000 个有效像素的紧凑形式和高分辨率。它还提供增强的光子检测效率和改进的响应能力，能够以 15 厘米的距离分辨率从远距离到近距离进行高速、高精度的距离测量。该产品符合汽车应用的功能安全标准，有助于提高激光雷达的可靠性，单芯片结构有助于使激光雷达更加紧凑、低成本。
该产品采用堆叠式配置，背照式SPAD像素芯片（上）和配备测距处理电路的逻辑芯片（下）之间通过Cu-Cu连接实现每个像素的导通。这允许将电路放置在像素芯片底部的配置，在保持高开口率的同时产生 10 平方微米的小像素尺寸。该产品还采用了表面不规则的光入射面来折射入射光，从而提高吸收率。
这些特性使汽车激光雷达光源常用的 905 nm 波长的光子检测效率高达 24%。例如，可以在高分辨率和距离分辨率下检测反射率低的远处物体。此外，电路部分包含有源充电电路，每个像素都有一个Cu-Cu连接，允许每个光子在正常工作时的响应速度约为6纳秒。
该产品还将通过认证，以满足 AEC-Q100 2 级汽车电子元件可靠性测试的要求。索尼还推出了符合 ISO 26262 汽车功能安全标准的开发流程，支持功能安全要求级别 ASIL-B(D)，用于故障检测、通知和控制等功能。所有这些都将有助于提高激光雷达的可靠性。
索尼还开发了配备这款新产品的机械扫描激光雷达参考设计，现已提供给客户和合作伙伴。提供设计将帮助客户和合作伙伴在激光雷达开发过程中节省工时，并通过优化设备选择来降低成本。
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