高精度激光雷达传感器芯片的自主研发
【中科院微电子所朱精果研究员课题组】

 

       激光雷达(LADAR)是以紫外到红外光谱段激光作为光源的雷达系统,是激光器与雷达技术结合的产物。可主动、快速、高精度、非接触地获取地表包含三维空间坐标信息(XYZ)和一定属性信息(回波强度等)的海量、不规则空间分布的密集点云,已成为近年来对地观测、智能汽车、医疗等领域的主要探测手段,被认为是继GPS技术之后测绘界又一重大技术革命,成为当前发展的国际前沿技术。近10多年来,激光雷达技术取得了一系列显著进展,在测量精度、测量速度、测量维度和测距范围,以及设备稳定性、易用性和轻量化等方面均得到了巨大提升。

      中国科学院微电子研究所朱精果研究员课题组致力于新型激光探测感知技术及装备研制开发。研究团队针对小型化便携式应用,提出了单芯片全集成激光雷达脉冲测距系统的设计目标,鉴于目前模数混合设计流程及器件制备工艺平台的限制,首先提出了实现测距系统中电信号处理系统的多芯片混合集成的设计任务,保证了初次设计的成功性和延续性。团队自主研发了脉冲飞行时间(TOF)成像激光雷达的全系统集成芯片以及一系列分模块芯片,包括前置放大器、差分放大器、比较器等。同时针对多通道激光雷达应用需求,分别设计了多通道和单通道等多款系列芯片,并且搭建了激光雷达测距系统芯片的仿真环境及测试平台,为单芯片全集成激光雷达脉冲测距系统的最终实现奠定了坚实的基础。


 朱精果研究员课题组研发的差分放大器显微图

      发表于《光电工程》“激光雷达技术与应用”专题的这篇论文,针对激光雷达小型化集成化的技术发展趋势,设计了一种应用于TOF成像激光雷达探测系统的高带宽、低噪声全差分放大器(FDMA)。该芯片采用多级级联结构和有源电感技术,增大电路带宽和减少芯片面积,并通过使用失调隔离技术,增强了各增益级对工艺偏差的鲁棒性。作为激光雷达全系统集成芯片中的一部分,该芯片较好地满足系统指标要求。

激光雷达芯片测试平台

该工作获得了国家自然科学基金(No.61605216)的支持。

 

研究团队简介

中国科学院微电子研究所朱精果研究员课题组所在的激光雷达团队是国内较早开展激光雷达研究和应用开发的专业化队伍,由20余名中青年科研人员组成,是一支经验丰富、活力无限的创新科研团队。团队成员的专业背景包括光学工程、自动化、微电子技术、信号处理、计算机技术、摄影测量等。在早期高精度激光探测、激光三维成像、激光侦测等领域具有多年的工作经验和工程积累。近年来在隐蔽光学目标探测压制方向开展了大量工作,形成一支富有战斗力的激光探测研究团队。主持或参与包括国家重大专项、863计划、国家重大科技计划、国家科技支撑、国家自然基金、中科院重点部署、中科院重大装备研制、中科院国防创新、中科院院部合作等项目40余项,研制机载、车载、地面激光雷达系统10余类,发表论文50余篇,申请/授权专利20余项,软件著作权4项,参与标准编写3项、专著1部。

相关论文

蒋衍, 刘汝卿, 朱精果, 等. 应用于脉冲TOF成像LADAR系统的高性能CMOS全差分放大器设计[J]. 光电工程, 2019, 46(7): 190194

DOI:10.12086/oee.2019.190194