【導讀】LiDAR (激光雷達) 可以精準地進行距離與空間量測，已經廣泛地應用在車輛自動駕駛、掃地機器人與一些工業應用，隨著LiDAR技術日益成熟
、產品價格更具競爭力，市場發展相當快速。本文將為您介紹LiDAR的技術發展，以及由ROHM (羅姆半導體) 推出的LiDAR大功率激光二極管與高速柵極驅動器參考設計。

激光雷達帶動新服務的創新

LiDAR是shi一yi種zhong光guang學xue遙yao感gan技ji術shu，它ta通tong過guo向xiang目mu標biao照zhao射she一yi束shu脈mai衝chong激ji光guang來lai測ce量liang目mu標biao的de距ju離li等deng參can數shu
，它ta在zai汽qi車che業ye界jie已yi經jing應ying用yong了le一yi段duan時shi間jian
，可ke用yong於yu自zi動dong駕jia駛shi的de物wu體ti距ju離li精jing確que測ce量liang
、確定空間等功能，此外也在其他應用領域迅速發展
，像是在掃地機器人和無人搬運車 (AGV) 中，可用於實現檢測障礙物
，並通過算法來計算前進路線。另外，運用LiDAR來掌握高速公路的交通量，以便避開塞車的路段，以及基於3D繪圖的地圖數據服務也被廣泛應用。

此外，利用由LiDAR獲得的實時點雲數據並結合AI算法，可實現物體認知和行為預測
，此外
，通過LiDAR獲得的重要數據和高精度化的需求也越來越高，隨著LiDAR特性的進一步提升
，不僅是汽車市場的需求
，還適用於工業和基礎設施領域

，也有望帶動新服務的創新。

針對LiDAR和物體檢測應用


，為了提高物體位置的正確性
、物體檢測距離的延伸、物體檢測圖像的高精細化、物體檢測算法的正確性，LiDAR傳chuan感gan器qi需xu要yao具ju備bei更geng遠yuan的de感gan測ce距ju離li和he高gao分fen辨bian率lv
，高gao精jing細xi且qie高gao功gong率lv的de光guang束shu光guang源yuan是shi不bu可ke缺que少shao的de，因yin此ci不bu僅jin要yao提ti高gao用yong於yu發fa光guang的de激ji光guang二er極ji管guan的de特te性xing，還hai需xu要yao以yi更geng快kuai的de速su度du和he更geng高gao的de功gong率lv驅qu動dong激ji光guang二er極ji管guan。

激光光源和高頻驅動技術

目前
，CMOS圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)光(guang)源(yuan)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)技(ji)術(shu)已(yi)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)

，該(gai)技(ji)術(shu)的(de)特(te)點(dian)是(shi)無(wu)需(xu)接(jie)觸(chu)被(bei)測(ce)物(wu)即(ji)可(ke)測(ce)量(liang)與(yu)被(bei)測(ce)物(wu)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)以(yi)及(ji)被(bei)測(ce)物(wu)的(de)形(xing)狀(zhuang)等(deng)
，在(zai)工(gong)業(ye)設(she)備(bei)和(he)車(che)載(zai)領(ling)域(yu)
，各(ge)種(zhong)機(ji)器(qi)人(ren)自(zi)動(dong)化(hua)和(he)汽(qi)車(che)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)用(yong)途(tu)中(zhong)使(shi)用(yong)LiDAR模塊創新被寄予厚望。

通過LiDAR模塊獲取的距離數據通常被稱為“點雲圖”或“3D深度圖”
，其圖像數據的每個像素都存儲了從LiDAR模(mo)塊(kuai)到(dao)被(bei)測(ce)物(wu)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)數(shu)據(ju)。尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)汽(qi)車(che)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)領(ling)域(yu)
，必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)覆(fu)蓋(gai)更(geng)遠(yuan)的(de)距(ju)離(li)，因(yin)此(ci)業(ye)內(nei)相(xiang)關(guan)廠(chang)家(jia)紛(fen)紛(fen)發(fa)力(li)開(kai)發(fa)更(geng)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)點(dian)雲(yun)圖(tu)像(xiang)技(ji)術(shu)。點(dian)雲(yun)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)取(qu)決(jue)於(yu)其(qi)一(yi)個(ge)像(xiang)素(su)能(neng)夠(gou)覆(fu)蓋(gai)的(de)範(fan)圍(wei)大(da)小(xiao)，一(yi)個(ge)像(xiang)素(su)的(de)大(da)小(xiao)取(qu)決(jue)於(yu)感(gan)光(guang)元(yuan)件(jian)的(de)像(xiang)素(su)大(da)小(xiao)、激光束的掃描間距和激光束光斑的大小。

由於LiDAR適shi用yong於yu超chao過guo幾ji十shi米mi遠yuan的de較jiao長chang測ce距ju範fan圍wei，所suo以yi要yao想xiang提ti高gao其qi分fen辨bian率lv，如ru何he減jian小xiao透tou鏡jing出chu射she光guang束shu的de發fa散san角jiao至zhi關guan重zhong要yao。因yin此ci，需xu要yao選xuan擇ze光guang源yuan尺chi寸cun盡jin可ke能neng小xiao的de半ban導dao體ti激ji光guang器qi和he焦jiao距ju盡jin可ke能neng長chang的de透tou鏡jing。

另一方麵，在LiDAR運用中，由於能夠發送窄脈衝信號

，構築了能夠得到更高精細的圖像係統
，因此最合適應用能夠進行高頻驅動的GaN器件。與SiC器件一起被關注的寬帶隙半導體之一的GaN器件
，與以往的Si半導體相比

，是能夠大幅削減單位麵積導通電阻的器件，在相同的導通電阻產品中，芯片尺寸可減小，開關損耗可大幅度降低 (與Si相比減少約65%)。SiC器件向更高耐壓、更大功率持續進化，GaN器件則向更高頻驅動方向發展。

激光雷達應用的關鍵解決方案

為了應對日益增長的激光雷達應用市場
，ROHM提供激光二極管、GaN HEMT (EcoGaN™) 和GaN柵極驅動器等解決方案，這些都是提高激光雷達特性的關鍵部件。

ROHM以獨自的專利技術，成功開發了能夠取得高精細圖像的高功率激光二極管。作為75W產品的RLD90QZW3實現了激光二極管的窄發光寬度
，相對於競品290µm，減少22%到225µm，可實現高光束性
、窄發光區域及高光學密度
，可實現更高的分辨率和更寬的檢測範圍。另外，激光波長的溫度依賴性與競品的0.25nm/℃相比，改善了40%達到0.15nm/℃
，因此能夠使用窄波長帶通濾波器，能夠在窄波長範圍內進行係統設計。這意味著信噪比 (S/N比) 得到改善，從而能夠準確地測量距離更遠的物體。而且，通過ROHM獨特的技術，在實現窄發光寬度的同時，PCE (Power-Optical Conversion Efficiency) 也達到業界頂級的21%，抑製了功耗的增加。

在汽車應用領域
，需要進一步擴大測距範圍
，對更高輸出功率的半導體激光器需求強勁。因此
，除了RLD90QZW3之外
，ROHM還發布了120W級的RLD90QZW8

，其額定輸出光功率是RLD90QZW3的1.6倍。通常，要想提高輸出光功率

，就需要增加光源的尺寸，RLD90QZW8的光源尺寸是RLD90QZW3的1.2倍左右。

在車載應用中
，測距範圍達100m以上

，因此需要選擇輸出光功率高的激光二極管，同時還需要產品具備能夠將透鏡出射光束發散角抑製得盡可能小的光學設計技術。RLD90QZW8是業內率先推出的兼具120W高輸出功率和20deg快軸發散角的產品。未來
，ROHM將繼續發揮業界超高水準的光束質量技術優勢，通過優質的激光二極管產品為圖像傳感領域的創新貢獻力量。

ROHM將以這些先進的技術
，增強LiDAR運用的激光二極管的陣容
，引領高功率化的市場趨勢。另外，ROHM不僅可以提供封裝產品，還可以提供芯片，用戶自己可應用於多晶元封裝模塊的開發，因此可設計出更具特征的LiDAR係統。

ROHM目前已經確立了GaN器件的量產體製，與競爭產品相比，柵極-源極間耐壓提高到了8V，開關動作時的過衝破壞的餘量也提高了約30%
，因此是一個讓電路設計容易的器件。並且
，采用高散熱的貼片式封裝
，更容易安裝。采用比以往封裝降低55%封裝寄生電感結構，抑製特性劣化。

ROHM已經開始提供高速柵極驅動器IC (BD2311NVX-C) 的樣品，這是驅動GaN HEMT的理想選擇。BD2311NVX-C是針對GaN HEMT驅動優化的高速單通道柵極驅動器，輸入信號的輸出延遲減少到3.4 ns (開啟) /3.0 ns (關閉)。與EcoGaN™一樣，由於采用了表麵貼裝封裝，因此它是一種易於貼裝的產品。

用於GaN HEMT和GaN HEMT驅動的柵極驅動器解決方案可以實現作為GaN HEMT的特點的高頻驅動。除了麵向LiDAR的激光驅動以外，也適用於活用GaN器件高頻動作特長的DC/DC轉換器等。

完整的激光驅動參考設計

為加速客戶的產品開發速度
，ROHM將激光二極管、GaN HEMT (EcoGaN™)、GaN驅動用柵極驅動器等在激光驅動中作為關鍵作用的各器件加以組合，開發出REFLD002參考設計。

通常，為了驅動LiDAR激光二極管要使用能高速ON/OFF的GaN HEMT，其由矩形波電路或共振電路構成。矩形波電路控製與連接電源的激光二極管串聯的ON/OFF開關，但上升／下降時間受半導體開關的速度、電路中形成的環路電感的限製。諧振型電路作為高頻驅動電路是很普遍的，但是電路常數的設計需要了解高頻。ROHM已經開發並公開了兩種電路的參考設計，並公開了設計數據 (電路圖
、PCB的Gerber、BOM) 和評價數據
，因此可由用戶自由進行設計參照、設計轉用。另外，由於在作為Web免費仿真器的ROHM Solution Simulatorshanggongkailefangzhendianlu，suoyinenggouqingsongdizhixingliangzhongdianlufangshidefangzhen。youyukeyimashangquerenbiangengdianluchangshushideboxingbianhua
，yincikeyiyongyuchuqideshejitaolun。

除了參考設計數據外
，ROHM的網站上還提供了應用說明、仿真模型 (SPICE模型、射線數據) 和各個產品的PCB庫數據。通過利用參考設計、參考設計電路仿真和產品數據，可以大幅減少設計和評估工時，並加快將產品推向市場的進程。

REFLD002是適用於LiDAR的大功率激光二極管高速驅動EcoGaN™和高速柵極驅動器參考設計
，參考設計包括REFLD002-1與REFLD002-2
，內含高速驅動LiDAR應用中的關鍵器件 —— 激光二極管，以及下一代器件“EcoGaN™” (GaN HEMT) 驅動用高速柵極驅動器 (BD2311NVX-C)，包含方波和諧振兩種電路，可應用於ADAS LiDAR
、工業用LiDAR
、掃地機器人
、無人搬運車 (AGV) 等產品。

結語

對於今後日益增加的LiDAR運用導入，ROHM推出多款為提高LiDAR特性而成為關鍵部件的激光二極管


、GaN HEMT (EcoGaN™)、提供GaN驅動用的柵極驅動器解決方案
，並推出作為設計參照的參考設計，可加速用戶的產品市場導入過程。

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