電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）通常來說，激光雷達的幾個重要指標(biāo)包括測距距離/精度、視場角、分辨率以及幀率等。而這些指標(biāo)，很大程度上取決于激光雷達所選用的相關(guān)元器件。比如測距距離，主要取決于激光器的功率密度；分辨率取決于接受接收模塊的性能。

高速ADC關(guān)系到激光雷達測距精度

而對于自動駕駛激光雷達而言，測距距離足夠遠(yuǎn)、測距精度足夠高，是保證自動駕駛系統(tǒng)及時作出判斷的前置條件。前面也提到測距距離取決于激光器的功率，而測距精度，則取決于ADC的采樣頻率。

目前主流的激光雷達都采用ToF的測距方式，ToF也就是飛行時間（Time of Flight），通過直接測量發(fā)射激光和回波信號的時間差計算出距離信息。激光器先發(fā)射出經(jīng)過編碼的激光，激光到達被測物體后，接收器再接收被測物體反射回來的激光，由于光速基本固定，所以可以計算從發(fā)出激光到接收到激光的時間差，利用s=v/t計算出這段時間內(nèi)光傳播的距離，再除以2得出被測物體與激光雷達之間的距離。

在激光雷達中，接收器接收到的信號，需要通過模擬前端進行放大以及通道選通，再由ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。因此，ToF測距激光雷達的測距精度，就直接取決于ADC的采樣頻率。

以采樣速率為1GSPS（Gigabit Samples Per Second，即每秒千兆次采樣）的ADC為例，它的時鐘周期為1ns。已知光速C一般取值為300000km/s，所以在采樣速率1GSPS的ADC中，每個時鐘周期，也就是每1ns的采樣周期里光傳播距離為30cm。因此，考慮到計算距離需要將這段時間內(nèi)光傳播的距離除以2，那么也就是說采樣速率為1GSPS時可以達到正負(fù)15cm的精度。

根據(jù)techinsights對Velodyne的VLP-16激光雷達的拆解，BOM成本大約為830-990美元，其中由于是機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，16線需要有16組激光器和接收器，成本占大頭；而其他主要元件里，Altera的FPGA和TI的高速ADC08500占比較高，分別為14美元和30美元。從TI官網(wǎng)可以查到，ADC08500是一顆8bits、500MSPS采樣率的高速ADC，當(dāng)然Velodyn這款激光雷達也是相對較早期的產(chǎn)品了。

目前市場上激光雷達應(yīng)用中，比較常見采用的是TI的ADC08D1000，這是一顆8bits、支持雙路1GSPS或單路2GSPS的高速ADC，兼顧低功耗和高性能。

而激光雷達的另一種測距方式，F(xiàn)MCW（調(diào)頻連續(xù)波）通過將發(fā)射激光的光頻進行線性調(diào)制，將回波信號與參考光進行相干得到頻率差，從而獲得飛行時間反推目標(biāo)物體距離。FMCW激光雷達具有可直接測量速度信息以及抗環(huán)境光和其他激光雷達干擾等優(yōu)勢，但由于采用多通道并行處理，數(shù)據(jù)量大，對高速ADC轉(zhuǎn)換速率（最大采樣速率）的要求是ToF系統(tǒng)的2-4倍。

美半導(dǎo)體三巨頭份額超95%，國產(chǎn)廠商進展如何？

但目前高速ADC/DAC市場幾乎被TI、ADI、Maxim三家公司所壟斷，占國內(nèi)市場超過95%份額。同時，在美國的出口管制清單中，也包含了一些高分辨率、高速ADC產(chǎn)品，比如采樣速率400MSPS以上的12-14bits ADC。

所以在近些年很多國產(chǎn)廠商也看到了該領(lǐng)域國產(chǎn)替代的需求，開始入局高速ADC市場，而目前來看已經(jīng)有不少公司推出了技術(shù)指標(biāo)能夠?qū)?biāo)海外大廠的產(chǎn)品。比如蘇州迅芯微電子，公司專注高端信號鏈模擬芯片，高速ADC采樣速率有2GSPS、10GSPS，最高甚至達到30GSPS，精度在6bits-8bits之間。

航天電子技術(shù)股份有限公司的全資子公司時代民芯也推出了兩款高速ADC，包括MXT2001，具有雙通道、低功耗、高性能的特性，采樣精度為8bits，單通道采樣率高達1.3GSPS；MXT2002則是航天應(yīng)用的高速ADC，在MXT2001基礎(chǔ)上增加了抗輻照特性，單通道采樣率略低，為800MSPS。

而面向激光雷達的需求，也有一些國內(nèi)廠商推出了相關(guān)產(chǎn)品。CBM08AD1500QP是芯佰微推出的一款雙通道8位超高速ADC，最大轉(zhuǎn)換速率達到1.5GSPS，具有采樣率高、功耗低、線性誤差小、增益和失調(diào)自動校正和3－線接口控制等特點。通過3－線接口可對內(nèi)部電路的增益、失調(diào)和通道間的時鐘匹配進行校正，模擬輸入為差分輸入，即可交流耦合也可直流耦合；時鐘輸入電路內(nèi)部設(shè)有直流偏置，必須交流耦合輸入。

成立于2018年的靈矽微，在2020年成功流片了8bit、1GSPS采樣速率的高速、低功耗ADC，并宣布已經(jīng)獲得激光雷達客戶百萬元訂單。靈矽微表示這款A(yù)DC是國內(nèi)唯一正向設(shè)計的1GSPS 8bit ADC產(chǎn)品，速度精度一致的情況下，與ADI、TI同類產(chǎn)品相比，功耗降低70%，高溫適用范圍提高20℃，完美適應(yīng)激光雷達以及示波器客戶的需求。

在8月初，芯熾科技展示了其一款型號為SC10D9501的低功耗高性能ADC，分辨率10bit的同時，雙通道采樣率也高達1.5GSPS，單通道更是可以實現(xiàn)3GSPS采樣率（DES模式）。該芯片單路1.9V電源在1.5GSPS的非多路復(fù)用模式下典型功耗為2.19瓦，芯熾科技表示與國外同類型產(chǎn)品相比，SC10D9501面積降低70%，功耗降低50%，高低溫性能優(yōu)越。

小結(jié)：

作為模擬芯片中的重要一環(huán)，要做好ADC并不容易。除了本身在工藝、設(shè)計上需要有多年的技術(shù)迭代積累，如何在市場上與早已成熟的海外大廠產(chǎn)品進行競爭，這需要國內(nèi)模擬芯片廠商緊貼市場需求，堅持正向研發(fā)。而國內(nèi)激光雷達廠商的崛起，是否也會帶動國內(nèi)高速ADC產(chǎn)品的加速突破，也值得期待。