[原创] 豪威科技征战汽车CMOS传感器市场的秘密武器

成立于1995年的豪威科技是CMOS传感器领域当之无愧的专家。

他们在全球拥有1600多名员工，积累了接近四千项专利，开拓出了图像传感器、ASIC、LCOS和相机立方体芯片等多条产品线。产品应用也覆盖了手机、安防监控、汽车、AR/VR和医疗等几个领域，图像传感器出货量更是超过了90亿颗。豪威科技方面表示，光在2017年，他们的CMOS传感器出货量就达到了8亿4千万颗。他们也成为了全球排名前三的CMOS传感器供应商，当中尤以手机市场的表现最为突出。

数据显示，豪威科技2017年13亿3000万美金的营收中，有63%来自于手机市场；安防则紧随其后，收入占比为17%；汽车市场的营收占比也达到10%，剩下的10%则由其他市场瓜分。虽然在过去十年和未来相当长的一段时间内，手机都是豪威科技乃至大部分传感器供应商的主要营收来源，但在豪威科技中国区电子业务部总监刘琦看来，汽车市场将会是一个等待挖掘的金矿。

需求剧增的汽车CMOS传感器给供应商提出新问题

据IC Insights的统计数据显示，未来五年，汽车CMOS图像传感器市场将会是增长最快的市场，到2022年，年复合增长率将增长38.4%，达到15%。这主要得益于近年来汽车“安全”需求带来的市场。

刘琦告诉半导体行业观察记者，随着自动驾驶、汽车环视、流媒体后视镜、盲区检测和驾驶员检测等功能的兴起，每辆汽车对CMOS传感器的需求在未来几年最多会增加到17个的规模。但汽车市场因为本身的特点，就对CMOS图像传感器提出了更多的需求。从刘琦的介绍中我们得知，这些需求主要聚焦在低照效果、动态效果和产品质量三个方面。

以手机这个CMOS传感器应用最广的消费电子产品作为对比。这种3C消费电子产品对CMOS传感器的温度要求仅是0-60度，但汽车方面则要求是-40到105度之间。温度范围不一样，这就给整个质量体系的把控提出了更高的要求。

另一方面，手机现在主流的像素都已经小到1um左右。但车上现在最主流的图像传感器，还在2.8um以上，超过手机3倍。像素大小的不同，又带来了很大的区别。

而在实际使用中，手机等产品在实际的应用中可以通过补光，或者闪光灯等方式来获得更好的效果。但是在车上，特别是像前视的机器视觉，在夜晚，尤其是完全无光的环境下，就给传感器提出了非常高的要求。如常见的LED闪烁抑制就是横亘在车用CMOS传感器供应商前面的一大拦路虎。

众所周知，现在LED灯变得越来越普及，包括汽车和红绿灯也都开始逐渐选用这种方案。但因为LED光源并不是直流电驱动，而是采用脉冲交流驱动。换句话，就是LED将以一个基础频率，以及可调节的占空比来调整亮和暗的强度。这种变换频率对于需要那些避免不了碰到这些灯的汽车HDR相机来说，就是一个灾难。因为他们能够轻易捕捉到LED变换的亮暗属性，使得观看视频的时候出现“闪烁”的形象。对于那些借助CMOS传感器获得的数据进行下一步操作的厂商来说，这是一个必须解决的问题。

豪威科技应对LED闪烁的武器——分离光电二极管图像传感器

从原理上看，要解决LED闪烁问题，只要延长相机的曝光时间，并使其比LED驱动周期更长，同时不出现过曝，且维持一定的动态范围水平，那么问题就迎刃而解。为了达到这个目标，业界提出了LOFIC、斩波和分离像素三种方法。但前两种方法会面临高温下，性能无法控制的问题，为此豪威科技选择分离像素的方法，为汽车传感器市场助力。他们也是市场上迄今为止唯一一个基于这个技术量产的企业。

刘琦表示，使用分离像素架构，并且降低小光电二极管（SPD）敏感度，是目前解决LED闪烁问题的最理想方案。他指出，小光电二极管（SPD）能够延长曝光时间，使其足够长，以确保LED脉冲的捕获；而大光电二极管（LPD）可以确保低光条件下的高灵敏度；额外的极短曝光可以捕获场景中最亮的部分。

豪威科技在这个技术基础上，推出了一个叫做分离光电二极管图像传感器的产品，解决LED闪烁的问题。据介绍，豪威的这个技术是将传感器的每个像素都由大小两个像素组成，这样不但可以完美的解决LED闪烁的问题，同时还可以保证传感器的动态范围在比较宽的范围之内。

“我们对分离像素技术做了一些改进。把小像素上面做了一层滤光膜，相当于给小像素戴了墨镜，降低了它对光的敏感度，这样保证它在长曝光的时候，不会过曝，能够抓到所有他要的信息。从原理上看这很简单，在大像素做短曝光，小像素一直做长曝光，”刘琦强调。

基于此，豪威科技推出了带有LED抑制功能的产品OXO1A1O和OXO2A10。据刘琦介绍，这些产品可以在超过整个汽车温度范围下，实现大于140db动态范围。至于他们早已量产的X1A和X2A，也可以在打开LED闪烁抑制功能，做到110db的动态范围。

“即使竞争对手要出一个可以做到140db的范围产品，他们也没有办法做到-40到105度工作范围，”刘琦告诉半导体行业观察记者。

这些成绩也是豪威科技深耕汽车传感器市场14年的结果。

据刘琦介绍，豪威科技从2004年开始就投入了汽车相关传感器的研发，并在2008年推出了第一颗带宽动态范围的车用传感器。现在他们在硅谷圣克拉拉、奥斯陆和日本东京有三个汽车传感器研发中心，在上海也有一个AE团队，多方合作为汽车厂商提供更全面的支持。

“只要有汽车客户的地方，都有我们销售办公室和当地支持的现场工程师”，刘琦补充说。

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