硅光LiDAR芯片設計的進展

最近，硅光領域的初創(chuàng)公司 SiLC Technologies 推出了一系列名為 Eyeonic Vision 的產品，可應用于商用 FMCW 激光雷達。這些產品的工作范圍可覆蓋從幾十米到一公里的距離，這一創(chuàng)新標志著硅光技術在商業(yè)激光雷達產品中的廣泛應用邁出了重要的一步。

硅光技術在商用領域不斷成熟發(fā)展，這不僅得益于硅光芯片產線的不斷升級和良品率的提高，還得益于上游的設計工具(EDA/PDA)制造商和流片廠之間日益深入的合作。先進的設計工具和高效的設計流程是縮短產品上市時間的關鍵因素。

在硅光 FMCW 激光雷達方案中，實現高密度的掃描和發(fā)射部件設計是提高系統(tǒng)點云質量和擴大探測距離的常見策略之一。在純固態(tài) FMCW 激光雷達中，通常以光學相控陣(OPA)作為掃描和發(fā)射部件,其主要原理是用熱光或者電光的器件動態(tài)調控各波導的光場相位，從而改變在發(fā)射器件中的光發(fā)射相位，最終實現遠場中多波干涉加強后的光場打到被測物上的目的。利用不同格式的發(fā)射信號和檢測技術可以得到物體的位置和速度信息。以一維 OPA 為例，它通常由樹狀分光器(SplitterTree)、光相移器(PhaseShifter)、光發(fā)射天線(Optical Antenna)等模塊構成。

OPA架構示意圖

(圖片源于: LUCEDA 網站)

OPA 的設計是分層的，每個模塊均由不同的子器件和線路組成，提高掃描和發(fā)射部件的密度，意味著需要在有限芯片面積內增加上述三個模塊中的器件及布線波導的數目，這將會大大增加整體設計的復雜性。因此，要想獲得高密度且無誤的 OPA 設計版圖，引入版圖與原理圖對比(Layout Versus Schematic，LVS)是至關重要的。它不僅有助于設計師迅速檢查器件之間的連接性問題，還能根據實際需要靈活提取關鍵結構參數，以便設計師進行設計驗證。

OPA版圖與原理圖對比

(圖片源于: LUCEDA 網站)

在 Luceda 設計平臺中，IPKISS Canvas 可以實現一鍵生成與版圖相對應的原理圖，同時還提供了版圖參數反標功能。所謂反標的意思是，它可以將設計師關心的版圖結構參數從 GDS 中提取出來，并且標注在原理圖上，方便對關鍵版圖參數做復查，這樣就能滿足上述的復雜設計需求。

實現流程是，在完成版圖設計后，只需通過"to_canvas()" 語句，即可自動生成相應的原理圖，從而可以在圖形化工具中直觀地檢查每一層子線路的連接性(包括光波導和金屬線)以及關鍵版圖參數，從而最大程度地降低設計錯誤的可能性。這里以樹狀分光器為例，LVS 實現過程如下：

目前 Luceda 平臺的 LVS 可以提供的復核內容包括：

波導和金屬線的連接性，包括端口匹配、轉換結構的正確性等。

關鍵版圖參數的提取，包括波導彎曲半徑、波導長度和使用的波導類型。

子線路的參數是否正確，包括各器件模型信息、器件間距和結構參數等。

在 OPA 版圖設計和仿真階段，IPKISS Canvas 提供了以標準 PDK 框架出發(fā)的設計開發(fā)流程，OPA 的設計可以直接從原理圖出發(fā)，幫助設計師快速進行版圖設計和線路仿真，這個過程稱為原理圖驅動版圖設計(Schematic Driven Layout，SDL)。以 SplitterTree 為例，SDL 實現過程如下：

加載目標流片廠的 PDK 庫。

通過拖拽的方式完成 SplitterTree 的原理圖設計。

調整每個器件的結構參數。

生成對應的版圖代碼，并生成版圖。

生成仿真代碼，對原理圖性能進行仿真驗證。

當然，原理圖仿真和對應版圖的生成是可以交替進行的。這種方法可以用直觀和便捷的方式生成與目標流片廠規(guī)則完全匹配的 SplitterTree 版圖。通過原理圖和版圖的自動相互綁定和轉換，不僅減少了不同設計工具之間的冗余操作，降低了人為誤差，還可以用一種弱代碼交互的方式快速生成理想的版圖設計。這種圖形化界面與代碼雙驅動的方式，可以滿足團隊中不同設計師的需求和設計習慣。

另外，Luceda IPKISS 還提供了豐富的自動化設計函數，包含多種布線波導和彎曲優(yōu)化算法，可幫助設計師快速完成復雜的波導和金屬線布線，以滿足不同場景下的需求。常見自動化函數包括 Manhattan、SBend、ManhattanBundle、Partial Euler Bend、Partial Spline Bend 等。軟件的自動化功能與全球 20 多家不同材料平臺的流片廠設計規(guī)則相結合，可以幫助設計師輕松生成 可直接制造的 芯片設計版圖。

LUCEDA IPKISS中提供的自動布線函數:

(圖片源于: LUCEDA 網站)

Luceda IPKISS 是一款強大的光電子芯片設計工具，支持不同材料平臺的流片廠工藝設計規(guī)則，為設計師提供了高度自動化的工具和工作流程，包括原理圖設計、版圖生成和仿真驗證等，使設計師能夠輕松生成可直接制造的芯片設計，從而加速產品開發(fā)。這個工具有助于促進硅光技術在激光雷達領域中的應用和創(chuàng)新。

來源：光學小豆芽

審核編輯：湯梓紅