GaN激光雷達驅動器已降至1美元!LiDAR即將普及

2021-02-24 11:52:00 來源:EETOP

將間接測量飛行時間(IToF)帶入手機、平板電腦、無人機,甚至玩具機器人,現在也許可以通過高度集成的氮化鎵(GaN)激光驅動IC實現。雖然激光雷達(LiDAR)和直接測量飛行時間設備常常因其在自動車輛中的作用而備受關注,但間接測量飛行時間技術在消費類應用中也取得了進展,正如我們在自動吸塵器中看到的那樣。

雖然直接測量飛行時間激光雷達最常見的是與ADAS聯系在一起,但間接測量飛行時間正在進入只需要短距離測繪的消費類設備。

許多技術都取決于激光雷達的改進,但激光雷達本身也取決于更低級別的組件改進。具體而言,GaN晶體管的進步已被證明是開發高精密激光雷達系統不可或缺的一部分。作為該領域的領導者,EPC公司多年來一直在開發用于激光雷達的氮化鎵,現在更進一步,將基于氮化鎵的激光雷達技術帶入消費領域。國外科技媒體allaboutcircuits采訪了EPC公司首席執行官Alex Lidow,了解到該公司最新的激光驅動IC,以及他認為該產品將如何徹底改變激光雷達。

為什么GaN是LiDAR的發展之路

激光雷達系統從垂直腔面發射激光器(VCSEL)發出光脈沖,需要高功率的電氣控制,其速度非???,上升和下降時間也很短。這也是氮化鎵使激光雷達系統受益的原因之一。氮化鎵的開關速度比硅FET快得多,可以在大電流下實現短脈沖寬度。 這一特性對激光雷達來說至關重要,因為較短的脈寬可以帶來更高的分辨率,而高脈沖電流則可以讓激光雷達系統看得更遠。

GaN提供比硅更高分辨率的LiDAR解決方案

GaN還具有更好的熱性能。"熱極限總是由激光器設定的,"Lidow說。"你把激光運行到它的熱極限,當這種情況發生時,這些氮化鎵器件甚至不會發熱。"Lidow指出,盡管您可以使用硅制造LiDAR系統,但是這些設備的性能并不會太好。

傳統激光雷達驅動器的問題

在傳統的LiDAR系統中,通常會找到一個硅驅動器IC,該驅動器可驅動GaN FET,然后將電流泵入LiDAR激光系統。 由于電路連接中的電感會嚴重降低控制信號的速度,因此將這些組件連接起來是整個系統的限制因素之一。這意味著上升和下降時間變慢,最終脈沖寬度變寬,這意味著較差的分辨率。

常規LiDAR系統

“問題出在硅驅動器連接到GaN FET的事實。這成為整個電路的速率限制部分,” Lidow解釋說。“首先,硅的速度不如GaN,但其次,這兩者之間的互連中存在電感。這種電感會使信號變慢。我們談論的是數十皮秒。” “問題來自于硅驅動器與氮化鎵場效應晶體管的接口。這就成了整個電路的限速部分。” Lidow解釋道。“首先,硅不像氮化鎵那么快,其次,這兩者之間的互連中存在電感。這種電感會使信號變慢(慢幾十皮秒)。”

一種新型的間接測量飛行時間集成激光驅動器

EPC解決此問題的方法:集成。 該公司的新產品EPC21601將GaN驅動器和GaN FET集成到單個IC上,從而消除了互連電感,并消除了傳統LiDAR電路的速率限制方面。EPC預計10 A,40 V激光驅動器IC可用于間接飛行時間(IToF)應用中。 新型IC的尺寸為1.5mm x 1.0mm,據說可以提供比傳統解決方案小36%的PCB解決方案。

具有硅驅動器IC的傳統LiDAR系統與EPC的具有單個IC中的GaN驅動器和GaN FET的集成LiDAR系統。

據EPC稱,該集成解決方案也具有可衡量的速度和性能改進指標。Lidow說:“它將電感從大約50皮亨減少到只有幾個皮亨。脈沖寬度為1.4納秒,下降時間為245皮秒,上升時間為470皮秒,已接近極限測量能力。” 通過將LiDAR驅動電路集成到單個IC中,EPC的目標是使LiDAR更實惠,更易獲得,同時提高性能標準。Lidow預測,由于這種芯片的價格約為1美元,對廉價激光雷達的競爭可能會結束,復雜的激光雷達將開始在各種產品中悄然出現。

EPC21601的功能框圖

在闡述可能的用例時,Lidow表示:"我特別興奮的是,現在你不用擔心多個芯片,而且你可以用不到一美元的價格買到它們。這款激光驅動IC打開了消費市場,它通過手機、平板電腦、無人機或其他任何你想要的東西,吹響了三維感知和激光雷達的使用號角。如果你要做一個玩具機器人,現在就可以在里面放一個激光雷達系統。"

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