GaN激光雷达驱动器已降至1美元!LiDAR即将普及

2021-02-24 11:52:00 来源:EETOP

将间接测量飞行时间(IToF)带入手机、平板电脑、无人机,甚至玩具机器人,现在也许可以通过高度集成的氮化镓(GaN)激光驱动IC实现。虽然激光雷达(LiDAR)和直接测量飞行时间设备常常因其在自动车辆中的作用而备受关注,但间接测量飞行时间技术在消费类应用中也取得了进展,正如我们在自动吸尘器中看到的那样。

虽然直接测量飞行时间激光雷达最常见的是与ADAS联系在一起,但间接测量飞行时间正在进入只需要短距离测绘的消费类设备。

许多技术都取决于激光雷达的改进,但激光雷达本身也取决于更低级别的组件改进。具体而言,GaN晶体管的进步已被证明是开发高精密激光雷达系统不可或缺的一部分。作为该领域的领导者,EPC公司多年来一直在开发用于激光雷达的氮化镓,现在更进一步,将基于氮化镓的激光雷达技术带入消费领域。国外科技媒体allaboutcircuits采访了EPC公司首席执行官Alex Lidow,了解到该公司最新的激光驱动IC,以及他认为该产品将如何彻底改变激光雷达。

为什么GaN是LiDAR的发展之路

激光雷达系统从垂直腔面发射激光器(VCSEL)发出光脉冲,需要高功率的电气控制,其速度非常快,上升和下降时间也很短。这也是氮化镓使激光雷达系统受益的原因之一。氮化镓的开关速度比硅FET快得多,可以在大电流下实现短脉冲宽度。 这一特性对激光雷达来说至关重要,因为较短的脉宽可以带来更高的分辨率,而高脉冲电流则可以让激光雷达系统看得更远。

GaN提供比硅更高分辨率的LiDAR解决方案

GaN还具有更好的热性能。"热极限总是由激光器设定的,"Lidow说。"你把激光运行到它的热极限,当这种情况发生时,这些氮化镓器件甚至不会发热。"Lidow指出,尽管您可以使用硅制造LiDAR系统,但是这些设备的性能并不会太好。

传统激光雷达驱动器的问题

在传统的LiDAR系统中,通常会找到一个硅驱动器IC,该驱动器可驱动GaN FET,然后将电流泵入LiDAR激光系统。 由于电路连接中的电感会严重降低控制信号的速度,因此将这些组件连接起来是整个系统的限制因素之一。这意味着上升和下降时间变慢,最终脉冲宽度变宽,这意味着较差的分辨率。

常规LiDAR系统

“问题出在硅驱动器连接到GaN FET的事实。这成为整个电路的速率限制部分,” Lidow解释说。“首先,硅的速度不如GaN,但其次,这两者之间的互连中存在电感。这种电感会使信号变慢。我们谈论的是数十皮秒。” “问题来自于硅驱动器与氮化镓场效应晶体管的接口。这就成了整个电路的限速部分。” Lidow解释道。“首先,硅不像氮化镓那么快,其次,这两者之间的互连中存在电感。这种电感会使信号变慢(慢几十皮秒)。”

一种新型的间接测量飞行时间集成激光驱动器

EPC解决此问题的方法:集成。 该公司的新产品EPC21601将GaN驱动器和GaN FET集成到单个IC上,从而消除了互连电感,并消除了传统LiDAR电路的速率限制方面。EPC预计10 A,40 V激光驱动器IC可用于间接飞行时间(IToF)应用中。 新型IC的尺寸为1.5mm x 1.0mm,据说可以提供比传统解决方案小36%的PCB解决方案。

具有硅驱动器IC的传统LiDAR系统与EPC的具有单个IC中的GaN驱动器和GaN FET的集成LiDAR系统。

据EPC称,该集成解决方案也具有可衡量的速度和性能改进指标。Lidow说:“它将电感从大约50皮亨减少到只有几个皮亨。脉冲宽度为1.4纳秒,下降时间为245皮秒,上升时间为470皮秒,已接近极限测量能力。” 通过将LiDAR驱动电路集成到单个IC中,EPC的目标是使LiDAR更实惠,更易获得,同时提高性能标准。Lidow预测,由于这种芯片的价格约为1美元,对廉价激光雷达的竞争可能会结束,复杂的激光雷达将开始在各种产品中悄然出现。

EPC21601的功能框图

在阐述可能的用例时,Lidow表示:"我特别兴奋的是,现在你不用担心多个芯片,而且你可以用不到一美元的价格买到它们。这款激光驱动IC打开了消费市场,它通过手机、平板电脑、无人机或其他任何你想要的东西,吹响了三维感知和激光雷达的使用号角。如果你要做一个玩具机器人,现在就可以在里面放一个激光雷达系统。"

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