激光雷達上用到的高速ADC，國產化進度如何了？

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）通常來說，激光雷達的幾個重要指標包括測距距離/精度、視場角、分辨率以及幀率等。而這些指標，很大程度上取決于激光雷達所選用的相關元器件。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、測距精度足夠高，是保證自動駕駛系統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），通過直接測量發射激光和回波信號的時間差計算出距離信息。激光器先發射出經過編碼的激光，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將模擬信號轉換成數字信號。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15cm的精度。

根據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結構，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官網可以查到，ADC08500是一顆8bits、500MSPS采樣率的高速ADC，當然Velodyn這款激光雷達也是相對較早期的產品了。

目前市場上激光雷達應用中，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，FMCW（調頻連續波）通過將發射激光的光頻進行線性調制，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物體距離。FMCW激光雷達具有可直接測量速度信息以及抗環境光和其他激光雷達干擾等優勢，但由于采用多通道并行處理，數據量大，對高速ADC轉換速率（最大采樣速率）的要求是ToF系統的2-4倍。

美半導體三巨頭份額超95%，國產廠商進展如何？

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產品，比如采樣速率400MSPS以上的12-14bits ADC。

所以在近些年很多國產廠商也看到了該領域國產替代的需求，開始入局高速ADC市場，而目前來看已經有不少公司推出了技術指標能夠對標海外大廠的產品。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則是航天應用的高速ADC，在MXT2001基礎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，也有一些國內廠商推出了相關產品。CBM08AD1500QP是芯佰微推出的一款雙通道8位超高速ADC，最大轉換速率達到1.5GSPS，具有采樣率高、功耗低、線性誤差小、增益和失調自動校正和3－線接口控制等特點。通過3－線接口可對內部電路的增益、失調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；時鐘輸入電路內部設有直流偏置，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，并宣布已經獲得激光雷達客戶百萬元訂單。靈矽微表示這款ADC是國內唯一正向設計的1GSPS 8bit ADC產品，速度精度一致的情況下，與ADI、TI同類產品相比，功耗降低70%，高溫適用范圍提高20℃，完美適應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3GSPS采樣率（DES模式）。該芯片單路1.9V電源在1.5GSPS的非多路復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品相比，SC10D9501面積降低70%，功耗降低50%，高低溫性能優越。

小結：

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