根據(jù)Mymes Consulting的報告，索尼最近宣布已開發(fā)出業(yè)界首款基于單光子雪崩二極管（SPAD）像素的堆疊式直接飛行時間（dToF）傳感器，用于汽車激光雷達（LiDAR）。 。
結(jié)果在2021年2月13日開幕的國際固態(tài)電路會議（ISSCC）上得到了證明。索尼的SPAD基于像素的堆疊式dToF傳感器除了像相機和毫米波雷達這樣的傳感器外，激光雷達是成為檢測和識別道路狀況，車輛和行人等物體的形狀和位置的高精度方法。
越來越重要。這種趨勢是由高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的普及和自動駕駛（AD）的興起所驅(qū)動的。
SPAD是一種像素結(jié)構(gòu)，利用雪崩倍增效應放大從單個入射光子產(chǎn)生的電子，從而形成像雪崩一樣的級聯(lián)，可以檢測弱光。使用SPAD作為激光雷達dToF傳感器中的檢測單元，可以實現(xiàn)長距離，高精度的深度測量。
dToF傳感器根據(jù)從光源發(fā)出并在被物體反射后返回檢測單元的光的飛行時間（時間差）來測量物體。距離。
現(xiàn)在，通過使用自己的背照式像素結(jié)構(gòu)，3D堆疊和在CMOS圖像傳感器開發(fā)中積累的Cu-Cu連接技術，索尼成功開發(fā)了緊湊型高分辨率dToF傳感器。該芯片實現(xiàn)了SPAD像素與測距處理電路的集成。
這使激光雷達可以在長達300米的工作范圍內(nèi)（反射率為10％的物體）以15厘米的分辨率執(zhí)行高精度，高速測距。新型dToF傳感器還將幫助檢測和識別惡劣條件，例如汽車行駛時面臨的各種溫度變化和天氣條件，從而幫助提高激光雷達的可靠性。
同時，單個芯片的實現(xiàn)還有助于降低激光雷達的成本。 SPAD像素和測距處理電路的單芯片集成索尼還利用這一新技術開發(fā)了MEMS（微機電系統(tǒng)）激光雷達系統(tǒng)，以評估dToF傳感器的性能，現(xiàn)已向客戶和合作伙伴提供。
索尼使用新型堆疊式dToF傳感器來開發(fā)MEMS激光雷達系統(tǒng)。索尼MEMS激光雷達系統(tǒng)最多可以檢測300米。
索尼MEMS激光雷達系統(tǒng)的檢測效果表明了SPAD像素的原理。 dToF傳感器中的SPAD可以檢測單個光子。
向SPAD像素的電極施加擊穿電壓（VBD），并以比擊穿電壓高得多的電平施加反向偏置電壓（VEX），因此注入到耗盡層的單個載流子是由事件光子的原因觸發(fā)了自我維持的雪崩。雪崩電流脈沖的前沿標記了檢測到的光子的到達時間。
當電極之間的電壓下降到擊穿電壓或低于擊穿電壓時，雪崩倍增停止。在通過雪崩倍增產(chǎn)生的電子放電并返回到擊穿電壓（猝滅效應）之后，電極之間的電壓再次設置為較大的偏置電壓，以便可以檢測到下一個光子（再充電效應）。
由光子的到達觸發(fā)的這種電子倍增效應稱為蓋革模式。 SPAD像素原理（電流/電壓）雪崩倍增效應主要特征：（1）高精度測量，分辨率為15 cm，最大范圍可達300米。
這項新技術使用了背照式SPAD像素結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用Cu-Cu連接通過測距處理電路實現(xiàn)了像素芯片（頂部）和邏輯芯片（底部）之間的信號傳導。這使得除了邏輯芯片上的光敏像素以外的所有電路都可以集成在一起，從而實現(xiàn)了高開口率和22％的高光子檢測效率。
即使采用緊湊的芯片尺寸，也可以使用10μm的像素實現(xiàn)約110,000有效像素（189像素x 600像素）的高分辨率。這使得高精度距離測量可以執(zhí)行15厘米，最大300米的分辨率的高精度距離測量，從而有助于改善激光雷達的檢測和識別性能。
光子檢測效率和波長使用索尼新型堆疊的dToF傳感器激光雷達點云的傳統(tǒng)激光雷達點云（2）使用索尼的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）和無源淬滅/充電電路來實現(xiàn)高速響應索尼開發(fā)了自己的Time-數(shù)模轉(zhuǎn)換器（TDC）將檢測到的光子飛行時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字值和無源淬滅/充電電路，并通過Cu-Cu將其與每個像素相連，