?不止CIS，安森美的無人駕駛戰略萬事俱備｜半導體行業觀察

來源：本文由公眾號半導體行業觀察（ID：icbank）翻譯自「mynavi」，謝謝。

ON Semiconductor（安森美）的Automotive Sensing Division、Intelligent Sensing Group的VP兼總經理（General manager）——Ross Jatou先生表示說：「要實現無人駕駛車輛的量產還需要一段時間。不過，為實現無人駕駛車輛的量產，ON Semiconductor（安森美）正竭盡全力研發感測器」！（圖1），同時還表示說：「無人駕駛的首要任務是救人，我們為此付諸激情（Passion），我們不僅專註做圖像感測器，還專註於做雷達、LiDAR（Light Detection and Ranging）、融合了雷達和LiDAR的Sensor Fusion」。最後還透露說，ON Semiconductor目前正在朝車載業務方向發展。

圖1：ON Semiconductor公司的utomotive Sensing Division、Intelligent Sensing Group的VP兼總經理（General manager）－－Ross Jatou先生。（圖片出自：mynavi）

要實現無人駕駛技術，需要把安全基準從當前的Level 2提高到Level 4。據預測，至少得到2022年以後才能實現Level 4。然而，要實現Level 4，用來檢測汽車周邊環境的感測器是必不可缺的。而且，ON Semiconductor認為，僅僅依靠ON Semiconductor一直以來著手的圖像感測器（CMOS）是肯定不夠的！所謂「圖像感測器（CMOS）」僅僅可以用來感應可見光，霧天、雪天等天氣情況惡劣的情況下，就無法使用圖像感測器了。為此，ON Semiconductor開發了代替可見光的79GHz波段的毫米（Mili）波雷達IC、可接收LiDAR的3D ToF（Time of Flight）圖像感測器。用雷達監測汽車周圍的物體，用LiDAR計算物體到汽車的距離，如果物體在汽車前方的話，再進一步判斷是否需要剎車。

已經取得雷達的認證

據Jatou先生透露，「NR4401」是一款採用了79GHz SiGe工藝的車載雷達收發器（Transceiver）（圖2），而且已經獲得了日本無線設備認證測試機構----TELEC（Telecom Engineering Center）的認證，用它發射79GHz的無線電波、並檢測返回的無線電波，以此來計算距離。發射的無線電波支持4通道（Channel）的高速Chirped信號，反射回來的無線電波也支持4通道（Channel）。

圖2：79GHz的雷達IC「NR4401」的概要。（圖片出自：ON Semiconductor）

在79GHz這一毫米波中，無線電波很難發射太遠的距離。為此，通過利用MIMO（Multiple Input Multiple Output）天線和波束成形（Beam Forming），無線電波的發射可以更精確、距離可以更遠。在此，通過組合收發器晶元、4*4 MIMO天線，可在近距離、遠距離之間互相切換。用相位和振幅來調整波束（Beam）的擴散，就可以使無線電波發射到較遠的距離。但是，5G毫米波不同，它不需要高度的數字調製，僅僅需要使用簡單的高速啁啾（Chirped）進行調製。由於僅僅是進行遠近距離的切換，所以雷達僅由2個收發器IC、1個微控制器組成。

圖3：使用NR4401的實例，左側是Range（距離）和速度（Velocity）的相關圖。（圖片出自：mynavi）

已開發檢測LiDAR圖像的系統

LiDAR系統可以檢測出距離汽車3m（近距離）的物體、也可以檢測出距離汽車100m（遠距離）的物體。檢測近距離物體時，激光的工作方式是：通過鏡頭（Lens）擴散激光，就像閃光燈一樣立即發射光並接收其反射光；這裡的LiDAR系統是通過100*400像素的SPAD（Single photon Avalanche Photodiodes）的2D 陣列（Array）來接收反射光。（圖4）

圖4：搭載了SPAD 陣列（Array）的LiDAR系統的構成。（圖片出自：ON Semiconductor）

那麼是如何感應遠距離的物體呢?－－需要發射激光光束（Laser Beam）進行掃描（Scan）！光束朝上下擺動、朝左右掃描。激光器這一側安有用來調整光束（Steering Beam）的MEMS。同樣地，在接收激光的地方採用了區域陣列（Area Array）。而且，對激光的波長來說，905nm的IR（紅外線）最合適。

圖5：採用了 SPAD陣列感測器的實例。可能不太容易看清楚，把近距離、遠距離的測試結果放在了一個圖片上。（圖片出自：mynavi）

此外，也使用了Si晶元的CMOS工藝。除了激光二極體和光束控制IC之外，LiDAR系統中使用的組件還包括激光碟機動電路，光接收電路，定時（Timing）控制電路，直方圖（Histogram）發生器，點雲（Point Cloud）發生器，電源IC等（圖6）。其中，安森美公司擁有的技術佔一半以上，光學、激光等發射方面的技術由外部供應商提供。

圖6：LiDAR系統和安森美的線路。（圖片出自：ON Semiconductor）

通過此次開發的SPAD陣列圖像感測器，可以用二維圖像的形式檢測物體。還可以通過改變顏色來表示物體的的深度信息。

開始量產具有具有較廣動態響應範圍(Dynamic Range)的圖像感測器

安森美已經開始批量生產「AR0233」，這是Hayabusa系列產品中的第一款產品，該產品通過CMOS圖像感測器控制LED燈的閃爍（Flicker）、把動態響應範圍擴大到140dB。同時，該產品還是一款具有130萬-460萬像素的2D SPAD陣列的通用構架產品。

圖7：Hayabusa系列的首款「AR0233」（左）、以往的CMOS圖像感測器（右）。按照以往的解決方案，可以看到LED產生的閃爍雜訊(Flicker noise)，而AR0233不存在這種現象。（圖片出自：mynavi）

此外，安森美還提到了IVEC（In-Vehicle Experience Camera）模組，它可以提醒駕駛員不要瞌睡打盹、看手機。安森美表示說，將會和3M公司合作提出一個裝有攝像頭的系統。因為94％的事故都是由駕駛員失誤引起的，所以駕駛員本身是看不到攝像頭的。3M開發了一種駕駛員無法看到的「隱形薄膜（Camouflage Film）」，並將其放在攝像頭上，以便駕駛員看不到它。這真是一項加速車載監控攝像頭普及的技術。

圖8：安森美的最新的車載感測器晶元系列。（圖片出自:mynavi）

安森美對自家公司產品的質量有絕對的信心！2010年至今，晶元出貨數量累計達1,100億個，加上這次公布的感測器，還有LED前照燈、功率半導體、超聲波感測器介面等所有產品的不良率不是ppm（百萬分之一），而是ppb（十億分之一）。2015年為55ppb，2018年減少到30ppb，出貨數量增加，不良率卻在下降，可以說安森美獲得了提高產品良率的「秘訣」（圖9）。未來，不僅致力於實現汽車安全性能的整體解決方案，還要消除因半導體而引起的汽車故障問題，安森美將會以其高質量產品為「武器」，繼續擴充市場。

圖9：安森美的產品質量逐年改善，不良率達到了ppb水平。（圖片出自：ON Semiconductor）

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