硅光芯片級調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）4D激光雷達（LiDAR）領(lǐng)先企業(yè)LuminWave（洛微科技）宣布推出新一代FMCW OE和OPA OE產(chǎn)品，這兩款芯片光引擎將會應(yīng)用于洛微科技硅光芯片級FMCW 4D LiDAR產(chǎn)品中。
洛微科技FMCW OE和OPA OE
激光雷達量產(chǎn)已經(jīng)進入倒計時，無論是對激光雷達供應(yīng)商還是主機廠來說，近兩年都是搶位的關(guān)鍵期。然而，車規(guī)認證、成本下降空間、量產(chǎn)成熟度等諸多現(xiàn)實問題仍然擺在行業(yè)所有從業(yè)企業(yè)的面前。
OPA+FMCW或?qū)⒊蔀榧す饫走_終極路線面對這些問題，洛微科技推出了成熟的自研硅光子OPA和FMCW芯片技術(shù)方案.OPA+FMCW方案量產(chǎn)的一致性高，可靠性好，成本更低，被認為有潛力成為終極固態(tài)激光雷達的方案。同時可實現(xiàn)大視角和高分辨率的純固態(tài)芯片級光掃描，解決傳統(tǒng)機械式掃描和微機械掃描的成本和可靠性難題，并避免Flash方案的人眼安全和高光功率問題。洛微采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的天線陣列單元優(yōu)化排列方式，
在芯片設(shè)計上，利用算法優(yōu)化天線陣列數(shù)目和布局，較為理想地解決了分辨率和天線陣元數(shù)量的問題，同時在每個陣元相移器的設(shè)計上做了大量器件優(yōu)化。最終，洛微的OPA方案可以在小于1W的功耗下實現(xiàn)小于0.1°的分辨率。
OPA芯片和模塊化掃描光源
洛微科技堅信，未來的LiDAR將如攝像頭一樣到處可見，用于自動駕駛、機器人、智慧城市、消費產(chǎn)品等各類場景，為邊緣的AI算法和智能控制提供直接、真實的3D信息，極大提高感知能力和計算效率。但是，由于LiDAR是主動發(fā)光系統(tǒng)，未來各類LiDAR之間的干擾將成為嚴重問題，影響性能甚至造成事故。而FMCW是一種利用相干原理過濾和放大信號的方法，從原理上對其他信號光和環(huán)境光的具備極強的抗干擾能力。
FMCW芯片單個計算單元
另外，其包含的多普勒效應(yīng)可以直接獲得速度，這幾個優(yōu)點決定了FMCW在無線電波和毫米波的各類應(yīng)用中成為最終的方案，該優(yōu)勢可以在LiDAR中完美復(fù)刻。
在光學(xué)波段，采用現(xiàn)有光通信的組件搭建一個FMCW系統(tǒng)并配合掃描平臺進行點云測量，并不是很困難的，但這類系統(tǒng)完全無法滿足自動駕駛和ADAS行業(yè)對幀率、分辨率、成本、可靠性和可生產(chǎn)性的要求。
洛微科技認為，只有利用基于CMOS的硅光子集成技術(shù)，在單芯片上實現(xiàn)高密度、多通道的FMCW光計算引擎，才能推出真正適合這個市場的解決方案。然而，在硅光芯片上實現(xiàn)高集成度的FMCW SoC芯片是一項技術(shù) 壁壘很高的工作。
FMCW的相干探測原理包含了比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，需要進行光線性調(diào)頻、信號光和本振光的混頻和平衡探測、以及非線性的一些矯正處理等。目前市面上存在的傳統(tǒng)的FMCW光學(xué)系統(tǒng)都是基于光通信領(lǐng)域使用的宏觀 光學(xué)或者微光學(xué)組件搭建系統(tǒng)，尺寸、成本和可靠性都存在問題，更無法制作多通道的FMCW系統(tǒng)。
同時，F(xiàn)MCW相較于基于APD的d-ToF技術(shù)，單點需要較長的測試時間，這和SPAD需要做多次探測提高探測概率和信噪比或者和i-ToF需要做積分時間提高信噪比的情況類似，需要多通道陣列型的探測才能滿足實用中對幀率的要求。
而洛微的硅光子團隊在光通信行業(yè)有多年的相干通信芯片的經(jīng)歷，積累了大量研發(fā)和量產(chǎn)的經(jīng)驗，在公司成立后便快速設(shè)計完成了兩代的芯片迭代。
洛微科技第二代芯片晶圓
洛微的多通道FMCW SoC芯片集成了FMCW計算、調(diào)頻、補償、冗余等眾多功能，在單芯片上實現(xiàn)了很多個傳統(tǒng)大型光學(xué)系統(tǒng)的功能，解決了測距的距離、高角分辨率和抗干擾等關(guān)鍵問題。信號光的掃描將由硅光芯片提供的另一個核心技術(shù)，光學(xué)相控陣（OPA）來完成，實現(xiàn)大角度、高掃描頻率的能力。另外，借助成熟的IC產(chǎn)業(yè)鏈來自研芯片，洛微科技已成功突破了行業(yè)內(nèi)普遍面臨的“核心部件卡脖子”問題，將激光雷達的零售價格降至數(shù)百美金。
第二代產(chǎn)品的技術(shù)進階洛微科技推出的第二代OPA OE（光引擎）和FMCW OE（光引擎）解決方案，采用自研新型的光封裝形式，形成模塊化，具備完整功能的光引擎，可以更加方便地使用在公司的各類LiDAR產(chǎn)品中。其中，第二代OPA光掃描模塊baseline設(shè)計實現(xiàn)了120度FOV的掃描和0.1度的角分辨率。相比于第一代OPA芯片，第二代芯片的專利設(shè)計具備更大的可擴展性，并采用了專利的相移器設(shè)計，在不犧牲任何性能下將降低功耗70%以上，使芯片對激光雷達（LiDAR）產(chǎn)品整體性能的提高將起到關(guān)鍵作用。
洛微科技FMCW SoC芯片
而第二代FMCW SoC芯片相比去年完成的第一代芯片，并行的FMCW計算單元數(shù)目提高4倍，高達128通道，除FMCW的功能外，芯片上同時集成其他關(guān)鍵的光信號處理單元，如信號光調(diào)頻、非線性補償?shù)龋瑔蝹€芯片集成數(shù)千個光學(xué)器件，單芯片實現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)需要上千倍尺寸和成本才有可能達到的功能，是全球目前集成度最高的硅光芯片之一。
128通道FMCW SoC芯片
洛微CTO Andy強調(diào)，硅光子芯片是集成多通道最好的解決辦法。
“我們認為，只有采用多通道、高集成的FMCW方案，才能真正實現(xiàn)具備絕對優(yōu)勢的產(chǎn)品方案，而FMCW系統(tǒng)的復(fù)雜性決定這個方案必須是要采用硅光自芯片集成才能完成，這正是洛微多年來致力于研發(fā)硅光子技術(shù)和堅持自研核心硅光芯片的原因。”
在成本方面，復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的一大成本來源在于眾多獨立光學(xué)組件及 其高精度對準封裝，尤其對于多通道的設(shè)計，動輒數(shù)百上千個組件，而這正是光子芯片集成所要解決的問題，能從根本上成數(shù)量級的降低成本。此外，洛微基于團隊之前在光通信產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗，大量應(yīng)用2.5D集成、光電共封裝等新興的芯片級光電集成技術(shù)，大大簡化封裝成本和產(chǎn)品復(fù)雜度。目前，第二代的FMCW和OPA芯片和光引擎產(chǎn)品正在進行芯片級和系統(tǒng)級的光電測試，并完善下一步產(chǎn)品化的封裝、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)，將成為公司未來前向長距激光雷達（LiDAR）的核心技術(shù)。
