2019年09月09日 | 艾迈斯半导体金安敏：先进传感器解决方案赋能固态激光雷达

第二届“光”+智能驾驶技术高峰论坛于2019年9月6日举办，本次论坛邀请了政府部门、咨询机构、整车企业、激光雷达制造商、红外夜视、摄像头等传感器重点企业及知名科研院所等到会研讨，共话光与汽车电子行业市场前景。以下为艾迈斯半导体市场与业务开发总监金安敏现场演讲实录：

艾迈斯半导体市场与业务开发总监金安敏

大家下午好！今天很高兴参加这个峰会，刚才大家听到了广汽的郭总提到自动驾驶对激光雷达的要求，QQmented非常领先的企业介绍了MEMS关键的MEMS阵镜的发展。艾迈斯半导体是光电类半导体全球领先的半导体企业，我们在激光雷达当中有比较多的技术的积累，会带来激光雷达当中光源、光源驱动和接收上相关的技术发展的介绍。

ams是现在是全球化的公司，在全球都有全面的布局。我们在中国是上海、深圳都有布局，其他全球主要工业国家都有我们的研发中心和商业的办事处。全球大概是接近1万名员工，我们的主要生产地是在新加坡和奥地利。我们的业务市场主要是两块：一块是CCC，主要是消费及通信类的业务。二是AIM，主要是汽车、医疗和工业上的业务。

刚才讲到光电类比较领先的半导体企业，我们非常专注做传感器，尤其是光电类相关的传感器，一大块是光学类的传感，一大块是成像类的传感。另外还有消费电子上面用的耳机上的传感器的半导体方案，比如抗噪耳机。专业的还有位置传感、环境传感和流量传感，都是有比较多的行业的应用产品和经验。

传感器的技术、产品的经验主要是得益于这几年我们比较多的并购。最近几年我们并购了多家企业，有3D软件方面的还有光学传感比较领先的企业，还有CMOSIS做高性能成像，主要是机器视觉方面的成像。Heptagon还做光学，半导体晶圆层面的器件。我们过往做了很多技术上比较领先的企业的并购，充分整合、充分吸收来推广到不同市场，不管是消费级还是汽车级。我讲其中一部分技术在汽车上应用的案例。

成像和光学的产品和技术在近几年得到飞跃式发展，特别是应用层面，消费层面3D发展是最近几年非常热的，最近一年以来出的高端手机都应用于3D传感方面，涉及相应的半导体的技术，包括光源、接收和晶圆级别的光源器件等。我们是全球唯一提供全套关键半导体技术的公司。3D这块技术从消费业界会慢慢往其他方面迁移，有一块是从手机迁移到智能家居、智能楼宇、安防这块，涉及到手势识别，也是可以用3D技术实现。包括我们说个性化的家居的功能，也可以对主人的身份识别，包括对于屋内具体物件的距离检测等等来实现。从消费级往工业级推，逐渐就到3D应用到汽车上会有哪些应用。

刚才郭总提到的，在自动驾驶方面L3，特别是L4级以上，激光雷达变成不可缺少的系统，但是问题现在挑战很多，因为要过车规，二是成本还要下来，这样还要大规模使用车上。如何做到这点，业界还没有已经做好的答案给到主机厂，我们这里也介绍一下我们提出的半导体方案来赋能纯固态激光雷达，能比较低成本的过车轨大规模使用车上的方案，现在我们和不少业界的做激光雷达的系统的公司做全面的合作。

3D应用到车上，除了激光雷达了解环境的信息、测序，包括舱内驾驶员的监控和识别，还有驾驶员手势的检测等等，这些也是2D和3D的应用。另外还涉及到投射，汽车上面增加酷炫感的应用就是智能投射，在地面投射比较大范围的清晰度很高的图案，可以用作欢迎主人上车的迎宾性质的应用，也可以用于安全上，比如投射一个转弯的图案或者投射倒车的图案来警示相关道路的使用者，我这个车要做变化或者转弯等。这是我们车上几个典型的，通过已有的3D技术往车上的应用做开发的例子。

总结下来，ams半导体业务主要集中于四大块的应用：一是激光雷达上的关键的光源和光学技术；二是人机交互方面，驾驶员监控、驾驶员识别方面的；三是相对专业化的传感领域，位置传感，位置传感在新能源的趋势当中也会有些新的应用，譬如电机的位置传感器，电流的传感器用于电器管理，这是新四化、新能源带来的一些应用，我们比较好的技术也能得到应用。最后一块是投射照明，刚才我提到的。这是我们比较关注的四块，未来会有巨大发展、巨大潜力的应用。

今天我会比较详细介绍雷达相关，今天主题也是自动驾驶相关，激光雷达是自动驾驶不可或缺的部件。雷达上面我们会相应用到ams的方案，VCSEL阵列技术和相应的驱动。我简单介绍下激光雷达，我想在座的对激光雷达比较了解，激光雷达在L3级以上，特别是L4以上的自动驾驶是不可或缺的系统，在应用上面有几大应用，包括高速公路上的自动驾驶，城市车辆比较堵塞时的辅助，包括停车时的自动停车。还有城市里面的自动驾驶等等，这几大应用都是对L3、L4自动驾驶中比较典型的应用，会需要激光雷达。但是至今为止并没有一款成本比较低，过车规的激光雷达系统，像郭总提到的一些产品都还没有达到这样的水平。

激光雷达比较普遍看到的，现在测试车上都用的，机械式旋转镜的雷达，原理刚才介绍过，它就是通过有旋转镜来源把光源扫描到整个视场，接收反射市场的信息，来判断整个市场有人等等。这是测试车上大规模应用。但是量产车没有办法应用，因为成本很高，也很难过车规。

第二类是针对短距离的，短距离可以有Flash这样的激光雷达系统，原理是通过光源阵列来打量整个市场，通过接收阵列，可能很多用SPAD的阵列来接收信息，实现信息的捕捉，只能针对短距离的，如果150米、200米以上的，针对前方的应用是没有办法通过这种方式实现的。

第三种是做纯固态的激光雷达，它要实现低成本还要实现过车规，我们提出的方案是用可寻址VCSEL阵列光源技术，原理是光源还是类似Flash光源，它是正面的基础上做逐行、逐列的寻址，通过逐行发射光源来做空间的扫描。它正面发出的光的功率是非常大的。我们有高功率的VCSEL技术来实现发射，然后接收信息，通过这个方法实现纯固态的激光雷达。这样可以降低成本和降低难度，这是我们提出非常关键的底层技术来实现固态激光雷达。

提到做固态激光雷达，我们有相应的技术。针对其他激光雷达，整个激光雷达行业大家提出不同的方案，有固态激光雷达、MEMS激光雷达，整个基本架构是有一个发光源，还有对光源的控制还有对发射的驱动等。发射光源这里普遍有两种方式：一是边发射器，二是VCSEL，现在机械式旋转的激光雷达里面是边发射器用得比较多。但是未来因为边发射器相应有些比较难克服的障碍，譬如说装配比较困难，然后它的效率要大幅度提升，这方面会有些障碍。VCSEL是比较好的能实现光源阵面进行规模化生产、规模化达到汽车等级的方式，所以这是光源上的选择。我们ams半导体主要是做VCSEL的方案。

接收，比较传统的是AIR这种PIN方式，还有机械式APD方式，还有SPAD也是比较好的方式。纯固态激光雷达就没有光源扫描的部件，这个部件完全拿掉了。如果机械式激光雷达或者MEMS的激光雷达还有光速扫描的部件，不管是通过MEMS阵镜还是机械式阵镜实现。不同的激光雷达用的组合不一样。我们为了实现固态的激光雷达，认为用VCSEL和相应的结合SPAD然后有合适的驱动可以实现固态激光雷达。我们可以用VCSEL替代普遍的边发射器的技术。这是典型的VCSEL技术和边发射激光技术的比较在激光雷达的应用。从做大的角度VCSEL有明显的优势，包括过车规VCSEL明显好于发射器。同时人眼安全，这在应用上面必须要有的人眼安全，VCSEL相对比edge Emitter有明显优势。我们和激光雷达的厂家、系统的生产厂都有比较紧密的合作来用VCSEL作为光源。

实现固态激光雷达很关键的底层技术是可寻址的激光VCSEL阵列，如果有VCSEL面阵，单一的阳极作为驱动，那就是不可寻址的，整个面阵同时发光。接收也是同时接收，这是Flash，相对适合短距离的。如果做成Addressable，每行、每列都有阳极，可以按逐行、逐列来打量光源，每行、每列的光源的功率足够高，打得够远，来实现激光雷达应用所需。从逐行扫描和逐列扫描可以做到两地可寻址，可能按区块点量，甚至一个点一个点的点亮，充分利用可寻址的优势，实现每点每个小区块的信息单独捕捉、单独分析。底层技术大概的解释是这样的。

听起来是比较直观的方式，以前没有实现，因为这和VCSEL比较难做到高功率有关系，因为它以前用在光通讯和手机上，以前功率比较低，很难达到汽车和激光雷达远距离的要求。ams收购了Princeton Optronics，它拥有高功率VCSEL技术，可以把功率做到很高。发射角比较小，射的距离在100米以上，现在最好做到150米到200米的距离，符合到远距离激光雷达的应用。同时一个面阵VCSEL的点可以做到5万个点，每个点做到0.1W到1W，甚至1.5W都可以做到，一个点1W或者1.5W，整个面阵发出的功率很高。所以整个发出去的功率很高，逐行发出去，假设100行，每一行发出去也有很高的功率。有这些优势以后，实现固态激光雷达没有阵镜，都是纯固态，然后成本大幅度下降。

几个月前我们有新闻发布，和Ibeo和ZF在激光雷达上全面合作，在2021年前会有量产的产品出来。同时我们在其他激光雷达的合作伙伴都有一些深入的合作，不管是国内还是国外，我们相信这个技术是非常关键的革新，能够比较好的低成本可过车规的激光雷达实现。

除了激光雷达我们还做舱内的光学、成像上的传感器，一大块是驾驶员监控，除了驾驶员监控还涉及手势识别，还有单点距离检测，单点距离检测可以做比较有趣的应用，能够了解到驾驶员的头部位置在哪里。如果有交通事故产生，那么安全气囊的启动是如何知道驾驶员的头部准确位置，安全气囊的准确效果做到最好，这是很有趣的通过单点距离检测的应用。第二块是我们对驾驶员状态的监测，这个是现在方向盘上添加相应的光电传感器可以。还有驾驶员生命体征的检测，还有驾驶员离手检测。刚才广汽郭部长提到，Tier 1或者供应商要提供系统比较准确知道驾驶员的状态，离手检测是很重要的指标，驾驶员的手控制在方向盘上还是驾驶员的手完全脱离方向盘，整个ADAS系统需要做启动还是做调整，这是很重要的传感器输入。

智能投射是车外用车灯（装饰灯）的方式投射大片图案，关键技术是晶圆级的技术，微透镜系列Micro Lens Arrays，在1×1的方块上几十个一模一样的图案，然后把一模一样的图案投射到地面上互相叠加，保持整个图案在大面积的时候非常清晰，均匀度非常好，然后效果都很好，不管是白天还是黑夜，比较适合应用在比较酷炫的迎宾光摊或者大面积投射转弯角或者投射倒车的范围或者投射一辆车，行人过马路的时候，那时候没有斑马线，投射斑马线让行人过去，这都是可以应用技术实现的比较好的智能驾驶或者先进的下一代智能车上的应用。

我今天主要介绍到这里。谢谢大家！