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[導讀]說到安森美,業內人士估計都會想到其領先的電源IC。事實上,除了為行業提供超強的電源半導體以外,安森美6年前切入的新業務傳感器也取得了快速的發展。特別的,在汽車領域,安森美圖像傳感器已占據了超過60%的市場份額,目前市場上超過80%的汽車ADAS圖像傳感器都是安森美提供的。

說到安森美,業內人士估計都會想到其領先的電源IC。事實上,除了為行業提供超強的電源半導體以外,安森美6年前切入的新業務傳感器也取得了快速的發展。特別的,在汽車領域,安森美圖像傳感器已占據了超過60%的市場份額,目前市場上超過80%的汽車ADAS圖像傳感器都是安森美提供的。

安森美是如何實現這一驕人成績的?其傳感器產品又有哪些獨到之處?日前,安森美半導體舉辦智能感知策略和方案發布會,其智能感知部全球市場和應用工程副總裁易繼輝(Sammy Yi)先生接受21ic電子網采訪,詳細解讀了安森美傳感器的制勝之道。

從摩托羅拉分拆出來的半導體新興領袖

安森美的前身是摩托羅拉半導體,1999年從摩托羅拉拆分出來后于2000年在美國納斯達克上市。經過20年的發展,安森美已躋身前20大集成器件制造商,位列第13位(2019年市場份額數據)。

安森美半導體產品主要分為三個部門:電源方案部(PSG),先進方案部(ASG),智能感知部(ISG)。相比電源產品部51%的收入貢獻,智能感知部還有很大的上升空間,但成長速度最快。安森美智能感知部成立于2014年,是通過一些戰略性兼并、并購而得。

擁有2000多項專利的現代圖像傳感器發明者


雖然安森美半導體的智能感知部成立才六年,但在成像傳感器行業卻擁有40多年的悠久歷史,具有2000多項成像專利。從其收購兼并的部分來看,安森美的成像傳感器技術可以追溯到柯達的首款百萬像素CCD,JPL為了阿波羅登月開發出的全球首款CMOS圖像傳感器(1993年),全球首款專用在汽車上的車規級CMOS圖像傳感器(2005年)等。

可以看出,安森美半導體在圖像傳感器發展歷程中創造了很多行業第一,憑借著這些技術積淀,到目前,安森美半導體已經給市場提供了超過5億件圖像傳感器。

從三年前開始,安森美半導體又陸續收購了IBM在以色列的毫米波雷達研發中心,以及專注于飛行時間(ToF)激光雷達傳感器開發的愛爾蘭SensL公司,從而將傳感器產品擴展到雷達傳感器領域。

安森美智能感知部門有三個主要的市場:汽車、機器視覺和邊緣人工智能。

安森美在汽車智能感知領域的領先地位

在汽車成像市場(專門給人眼看),安森美的圖像傳感器擁有超過60%的市場份額,在汽車感知領域(人工智能和機器視覺),安森美圖像傳感器占全球市場份額超過80%。

2019年,在汽車市場銷售了近一億顆傳感器,以全球汽車銷售量平均6,500萬輛來算,平均一輛車就有安森美的2個攝像頭。

另外,安森美推出了Hayabusa系列新產品,它革命性地實現了高動態范圍,是目前市場上具有最高的寬動態效果且具有網絡安全功能的圖像傳感器。

創新技術應對汽車感知新挑戰

時下的汽車就像一個架在四個輪子上的計算機,要想讓這個汽車擁有超強的感知能力,離不開各種傳感器。例如,ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環視360度,監控、電子車鏡、駕駛員監控、乘務員監控、車內的毫米波雷達和激光雷達。

單就汽車成像而言,目前面臨著三大挑戰,一是寬動態,例如從灰暗的地庫開到正對太陽強光的戶外,夜晚在對向遠光大燈照射下感知樹蔭下的行人,這些都需要圖像傳感器具有高動態范圍。二是環境溫度,汽車既要能適應零下幾十度的極寒天氣,也要能適應動輒上百度的惡劣環境。三是應對LED指示牌、交通燈對圖像傳感器的挑戰。

上圖顯示Hayabusa傳感器所采用的先進技術,在這種先進技術支持下,Hayabusa系列產品一次曝光就能實現95dB,經過多次曝光可以達到120dB,下一代產品一次曝光有望能夠達到110dB,多次曝光可以達到140dB。Hayabusa所實現的寬動態范圍可以讓汽車感知更準確,幫助實現更高的安全性。

從上圖可以看出,Hayabusa傳感器的寬動態范圍讓汽車可以從昏暗地道中“看到”外面強光中的清晰場景,大大提高的安全性。

另外一個挑戰來自夜視,在幾乎沒有光的情況下,傳感器如何去“看見”目標?安森美新開發出的近紅外+(NIR+)工藝,將近紅外光電轉換效應提高了4倍。

從圖中可以看出,采用安森美NIR+技術的傳感器(下半部分),可以清晰看到沒有光環境下的目標物體,避免了安全事故的發生。

安森美傳感器在機器視覺及邊緣計算領域的創新方案

工業4.0、工業自動化、人工智能使機器視覺市場快速發展。同時,邊緣人工智能不斷地向新領域擴展,例如新零售,智慧農業、畜牧業和農業都開始了智能化的轉化。一些新興設備,特別是在新冠狀病毒以后的后疫情時期,都出現了遠程化、無人化的趨勢,這些都要求邊緣人工智能能力。而這一切都離不開傳感器的支持。

據第三方調研公司YoleDevelopment的數據,安森美在工業機器視覺領域的市場份額是第一位。

從1.3英寸固定尺寸圖像傳感器的發展趨勢來看,分辨率在逐年提升,從過去的200萬像素,500萬,800萬,1200萬,現在超過2000萬。同時,在同樣尺寸下圖像傳感器隨著像素的增大,圖像質量也在不斷提高,帶寬也在逐年提高。

安森美最新推出的XGS系列圖像傳感器,從200萬像素到4500萬像素,有11款不同像素產品。該系列具有一個獨特的優勢,客戶只需要兩塊線路板設計就能支撐11款不同的傳感器,在設計上節省了大量的成本和時間。另外一個創新是,在29×29mm2攝像頭中可以放進1600萬像素傳感器。

上圖是安森美即將推出的一款4K產品的寬動態效果圖。在這種強光環境下,人眼是不能看的,但這款圖像傳感器不僅能夠看清場景,連燈絲都能看得非常清楚。在0.2cd/cm2光照量非常低和190,000cd/cm2光照量非常高兩種情況并存時,兩處場景都能看清,遠遠超過了人眼能力。

安森美超低功耗傳感器ARX3A0,功耗不到2.5mW/s/幀,而且有自動喚醒功能,平時在休眠狀態,不耗費任何電,一旦發覺到有物體移動時,會自己喚醒,同時采用了NIR+制程,夜間成像效果也非常好。它的尺寸也非常小,1/10英寸,成本很低。

傳統的激光雷達使用的技術是APD,也叫雪崩光電二極管。它的缺點是體積大、功耗高、偵測距離范圍有限、一致性不好。安森美采用了SiPM(硅光電倍增管),優勢在于它的增益是APD的1萬倍,靈敏度是APD的2000倍,工作電壓要求非常低,只要30V,而APD則要250V。它的一致性非常好,特別在大批量生產的時候有助于批量化。

在激光雷達產品上,安森美可以提供整體、系統的方案。在激光雷達功能框架圖中,安森美公司在激光源、激光素發射、激光素接收的器件上與合作伙伴合作,其他電子線路和激光接收器則是由安森美自己開發。

除了激光雷達,安森美還提供毫米波雷達,適用范圍有:L1、L2、L3、L4、L5。在不同自動駕駛的級別上有不同的應用。安森美的專有毫米波雷達技術 “MIMO+”,能夠提供4D信息,可用于L3層級的自動駕駛。與競爭方案相比,安森美的MIMO+加上實際通道、虛擬通道,要比競爭對手多一倍的通道。同樣性能的毫米波雷達,安森美的可以節省50%的mmIC器件、減少優化控制器、線路板,可以降低總體的成本。我們也會開發雷達信號處理,我們的對外聯接接口是按照行業標準,不管是現有標準還是未來發展標準。

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