氮化鎵 （GaN） 功率器件因其超快的開關(guān)速度和有限的寄生效應(yīng)而成為 LiDAR 傳感器的核心構(gòu)建模塊之一，從而在高總線電壓和窄脈沖寬度下實(shí)現(xiàn)高峰值電流。

為了迎來自動(dòng)駕駛汽車的未來，必須在車輛系統(tǒng)內(nèi)使用更先進(jìn)的傳感器。LiDAR 是檢測自動(dòng)駕駛汽車周圍物體存在的更廣泛使用的傳感器之一，它是光檢測和測距的縮寫，它從激光射出光并測量場景中的反射，有點(diǎn)像基于光的雷達(dá)。車輛的車載計(jì)算機(jī)可以使用這些數(shù)據(jù)來解釋汽車與周圍環(huán)境的關(guān)系以及道路上是否存在其他汽車和物體。

LiDAR 傳感器必須基于一個(gè)非?？焖俚拈_關(guān)，該開關(guān)為半導(dǎo)體激光管產(chǎn)生電壓脈沖。電壓的持續(xù)時(shí)間可能只有幾納秒。LiDAR 的脈沖頻率通常能夠在 500 kHz 到 1 MHz 之間。因此，需要一個(gè)具有非常短的上升和下降時(shí)間的功率開關(guān)器件。GaN 功率 HEMT 技術(shù)往往具有非?？斓膶?dǎo)通和關(guān)斷速度以及高脈沖電流能力。這些功率處理能力非常適合 LiDAR 傳感器。

GaN：在電力電子領(lǐng)域大放異彩

詳細(xì)了解 GaN 如何改變電力電子的格局，以及將其設(shè)計(jì)到電源中時(shí)應(yīng)考慮的事項(xiàng)。

這些 GaN 功率 FET 必須與柵極驅(qū)動(dòng)器配對才能驅(qū)動(dòng)它們。例如，Texas Instruments 的 LMG1020 是一款低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，旨在控制高速系統(tǒng)的 GaN FET 和邏輯電平 MOSFET，包括 LiDAR 和其他用于面部識別的飛行時(shí)間 （ToF） 傳感器。它們還可以在幾乎所有需要低側(cè)驅(qū)動(dòng)器的電源轉(zhuǎn)換器中工作。

該圖顯示了 GaN 功率 FET 和柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 如何適應(yīng) LiDAR 傳感器。該參考設(shè)計(jì)包括一個(gè)低側(cè) GaN 柵極驅(qū)動(dòng)器（LMG1020 或 LMG1025-Q1），它可以驅(qū)動(dòng) GaN 功率 FET，從而以超過 100 W 的功率提供 0.5 ns 的激光光脈沖，并具有較短的傳播延遲。

圖 LiDAR 傳感器駕駛員級的框圖。

LiDAR 傳感器的基本原理

LiDAR 傳感器使用脈沖激光形式的光來檢測車輛周圍物體的存在，并精確繪制到它們的距離。車載計(jì)算機(jī)將能夠解釋車輛與周圍環(huán)境的關(guān)系。

LiDAR 的原理是將激光對準(zhǔn)一個(gè)表面，然后發(fā)出一個(gè)短激光脈沖并測量光返回傳感器所需的時(shí)間，使用以下公式計(jì)算距離：距離 =（光速 × 經(jīng)過的時(shí)間）/2。LiDAR 正在成為未來自動(dòng)駕駛汽車最重要的傳感器之一，因?yàn)樗軌蛞院撩准壍木群瓦h(yuǎn)距離捕獲距離和深度信息。

雖然它的未來是自動(dòng)駕駛，但它也用于其他應(yīng)用，包括：

• 環(huán)境監(jiān)測：LiDAR 傳感器可用于地形測繪、監(jiān)測空氣質(zhì)量和森林冠層分析等用途。

• 航空 航天：LiDAR 還可用于各種飛機(jī)（尤其是無人機(jī)）的地形測繪、障礙物檢測和測高。

• 考古學(xué)：LiDAR 還被用于幫助考古學(xué)家使用大規(guī)模掃描來發(fā)現(xiàn)隱藏的結(jié)構(gòu)和景觀。

LiDAR 的主要優(yōu)勢包括：

• 更高的準(zhǔn)確性：這對于需要詳細(xì)空間數(shù)據(jù)（即有關(guān)對象物理位置和形狀的任何信息）的應(yīng)用程序來說至關(guān)重要。

• 更高的幀速率：這對于在繁忙道路或其他動(dòng)態(tài)環(huán)境中行駛的汽車來說非常有價(jià)值。

• 穩(wěn)健性和可靠性：LiDAR 傳感器也非常適合在攝像機(jī)可能難以應(yīng)對的惡劣環(huán)境條件下導(dǎo)航，例如大霧、灰塵或雨水。

• 更高的橫向分辨率：這在詳細(xì)的 3D 映射中非常有用。

GaN：在 LiDAR 傳感器中取得進(jìn)展

當(dāng)使用 LiDAR 傳感器捕獲距離和深度信息時(shí)，較短的脈沖寬度 （PW） 將實(shí)現(xiàn)更好的分辨率。但是，當(dāng)使用更高的脈沖幅度時(shí)，這將增加檢測范圍。

集成 GaN 功率 FET 和超快速柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 將提高開關(guān)速度并減少功率損耗，為更先進(jìn)的 LiDAR 傳感器打開大門。GaN 功率 FET 利用了最新硅基氮化鎵工藝技術(shù)的所有品質(zhì)因數(shù) （FOM），而柵極驅(qū)動(dòng)器專為轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)而設(shè)計(jì)，這也是傳感器性能的一個(gè)福音。

通過組合這些功率組件并優(yōu)化它們的 PCB 布局，可以實(shí)現(xiàn)更高的激光功率，同時(shí)減少振鈴，從而改善 EMI 和散熱。這些改進(jìn)的規(guī)格有助于提高分辨率和檢測范圍。