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2021/11/5 15:47

Tower Semi秦磊:ToF的工艺及芯片设计应围绕考量基本单元的指标而进步

集微网  

11月3日,2021集成电路制造年会(CICD)专题会议在广州举行。Tower Semiconductor Ltd.(下称“Tower Semi”)全球副总裁秦磊受邀参加了其中的IC制造生态发展分论坛,发表了以《感知世界——先进的3D视觉CIS技术》为主题的精彩演讲,从晶圆代工制造的角度,对3D感知技术目前存在的难点及未来发展趋势进行了分享。

集微网了解到,Tower Semi针对3D传感技术在消费电子、工业、车载等多个领域均有布局。3D传感产品当前业界有三大主流方案,双目视觉、结构光及ToF。其中,ToF还可根据测距方式不同分为dToF和iToF两类。

秦磊认为:“以上几种方案其实针对不同的应用场景是各有所长,也都存在短板,终端更多是针对产品需求来选择更契合、更具性价比的方案,比如:手机上的face ID有采用结构光,也有iToF的方案、扫地机器人之前多以双目视觉等方案为主流,近期dToF则更被广泛使用、还有今年火爆的车载激光雷达多以dToF方案为主...”

值得关注的是,即便行业对于3D感知技术的应用场景愈发多元化,但却始终没有成为用户刚需,亦没有出现井喷式的需求。

对此,秦磊谈到:“我们认为3D技术的推广其实还面临较多挑战,除了能否产生刚需的应用场景外;从技术角度来看,由于3D技术运用到终端产品上做人脸识别会被屏幕阻隔,同时其他的一些如环境扫描建模或分区测距我们还需要思考,如何才能做到同时保障‘感测距离够远、分辨率够高、感光够灵敏且功耗够低’几个方面。”

随后秦磊以车载激光雷达为案例进行解读,分享了dToF方案应用在车载激光雷达中的优势、必要性以及技术难点。

实际上雷达用于汽车产品并非新鲜事,能够实现辅助测距的解决方案也颇为常见。不过秦磊认为:“随着汽车智能化的程度加深,车企也将更加重视驾驶安全,由此产生了辅助驾驶系统,激光雷达能够实现长距离监测的特性在辅助驾驶系统中就显得尤为重要。另外与短距的超声波方案或是传统的2D图像传感器相比,激光雷达能够感知到物体形态,有助于用户的判断,也更进一步提升了安全性。”

那么再从技术层面来看,dToF方案还有哪些可升级的空间?

原理上dToF是将激光发射到人或物体上再返回,通过光线往返的时间计算出发射器到物体距离。而在制造上,dToF最核心的单元是SPAD——单光子雪崩二极管。当一颗光子转化为电子击穿一直处于充电饱和状态的二极管并产生强大电流,而二极管连接的电路结构会立即启动工作重新设置二极管电压降,使得二极管重新回到雪崩击穿前的状态。从二极管发生雪崩到重新恢复到雪崩前的状态的过程被称为Quenching;一个或一组的SPAD及相应的Quenching电路单元,再加上能够将相应读出的时间信号转换为数字信号的TDC,才形成真正意义上的dToF接收传感器。

秦磊也提到了SiPM的概念,即有多个SPAD的阵列组成。其可以读出更为精准的光强度信号而非只进行简单的光线有无判断,类似于模拟电路的特性。但是其也有很多技术挑战的地方。当其中一个SPAD处于雪崩状态时,容易导致周围的SPAD出现“误触发雪崩”的状态,多个SPAD有可能会互相干扰,这是有待技术一步步解决的。

考量SPAD的性能指标,主要参数有Vbd, PDE, DCR, Crosstalk, After pulse, Dead time, Jitter等,SPAD技术提升,即工艺研发、芯片设计的进步都应该围绕这些参数的提升而进行。

最后,秦磊对于备受业界关注的产能问题也表示,Tower Semi对所有工厂的产能都将会基于上述几类产品布局进行合理安排;针对任何一个重要的工艺节点、工艺平台,公司都会至少在2-3个厂区布局产能,希望尽可能缓解未来产能供不应求的问题。

据集微网了解,Tower Semi目前在全球多个国家和地区共有7座量产工厂,以及1座在建工厂;从产品和市场分布来看,其中36%是无线类、32%为能源类、18%是感知类;需要特别提出的是,Tower Semi 2020年在感知市场的产品份额与2019年相比,实现了7%的快速增长,而这一数据随着市场规模的增长还将继续提升。

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