7.3 Тылово́й освещаемый многослойный SPAD-сенсор прямого измерения времени пролёта с разрешением 189×600 для автомобильных систем LiDAR

За последние годы был достигнут значительный прогресс в разработке сенсоров на основе обнаружения света и измерения дальности (LiDAR), применяемых в системах автономного вождения (AD) и усовершенствованных системах помощи водителю (ADAS) для точного измерения расстояния до объекта, распознавания формы перекрёстка и классификации типов дорог. Эти LiDAR-сенсоры обеспечивают превосходные результаты как днём, так и ночью, без снижения рабочих характеристик. Ранее для создания сенсора времени пролёта (ToF) с дальностью 100 м применялись коррелированный по времени счёт одиночных фотонов (TCSPC) и полная цифровая обработка сигналов (DSP) [1]. Для повышения отношения сигнал/шум (SNR) использовались методы подавления фонового (BG) шума [2], что позволило обнаруживать объекты на расстоянии до 6 км. Архитектуры на основе лавинных фотодиодов, работающих в режиме счёта одиночных фотонов (SPAD), реализуют построение гистограмм на уровне каждого пикселя, преобразование времени в цифровой код (TDC) и обработку сигналов [3,4]. Также был продемонстрирован другой ToF-сенсор со значительно более высоким разрешением — 1200×900 пикселей [5]. В связи с растущей потребностью в твердотельной LiDAR-системе высокого разрешения со сканирующей двумерной матрицей SPAD [6] представлен сенсор глубины SPAD прямого измерения времени пролёта (dToF) [1–5], обеспечивающий дальность до 300 м и высокое разрешение в автомобильном температурном диапазоне от −40 до 125°C. Этот SPAD-LiDAR на основе микроэлектромеханической системы (MEMS) измеряет расстояния до 150 м с точностью 0,1% для цели с коэффициентом отражения 10% и до 200 м с точностью 0,1% для цели с коэффициентом отражения 95%. В статье представлен тылово́й освещаемый многослойный сенсор глубины SPAD dToF, оснащённый входной схемой пассивного гашения и перезарядки (PQR), блоком TCSPC и встроенной цифровой обработкой сигналов (DSP). При освещённости солнечным светом 117 клюкс SPAD-LiDAR на основе MEMS измеряет расстояния до 200 м с разрешением 168×63 пикселя при частоте 20 кадров/с.