拆解后的固態(tài)激光雷達(dá)全面介紹

經(jīng)過(guò)拆解可以看出PIN型固態(tài)激光雷達(dá)除鏡頭外都有標(biāo)準(zhǔn)的量產(chǎn)元件可以選擇，門檻很低，成本也不高，未來(lái)可以取代傳統(tǒng)的低像素?cái)z像頭。但與攝像頭比，激光雷達(dá)可以全天候全天時(shí)工作，雨雪霧霾，白天黑夜都能勝任。

LeddarTech是源自加拿大魁北克國(guó)家光學(xué)研究所的初創(chuàng)企業(yè)，累計(jì)融資1.2億美元，投資方包括全球三大TIer1麥格納、德爾福、馬瑞利，全球第一大光電元件廠家歐司朗，大型混合信號(hào)半導(dǎo)體廠家IDT等。

LeddarTech并非是要提供激光雷達(dá)產(chǎn)品，而是要提供固態(tài)激光雷達(dá)的關(guān)鍵元件之一：信號(hào)處理集成電路。

不過(guò)，為了推廣其集成電路，LeddarTech推出了一系列固態(tài)激光雷達(dá)的套件，不帶MEMS鏡的套件價(jià)格不到600美元。

上圖為L(zhǎng)eddarTech固態(tài)激光雷達(dá)示意圖，激光發(fā)射陣列發(fā)射多組激光，PIN型光電二極管接收激光反射回來(lái)的光波，類似于CCD或CMOS圖像傳感器的原理，最終得到一張3D圖像。

圖像中的物體與雷達(dá)的精確距離可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得知，同時(shí)可以根據(jù)激光反射強(qiáng)度值，輕松識(shí)別出常見物體，如行人、道路、混凝土建筑、路燈、草地，也可以用MEMS鏡偏轉(zhuǎn)來(lái)使激光束對(duì)物體進(jìn)行掃描。

這次拆解的是LeddarVu8激光雷達(dá)，LeddarVu8激光雷達(dá)參數(shù)如下：

經(jīng)過(guò)十多年來(lái)的潛心研發(fā)，LeddarTech技術(shù)如今已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，可以應(yīng)用在各種商用解決方案中，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、交通管理、導(dǎo)航定位、液位測(cè)量等。

LeddarTech具備系統(tǒng)開發(fā)和集成商在研發(fā)激光雷達(dá)應(yīng)用時(shí)對(duì)傳感器的主要需求：小尺寸、低成本、低功耗、可靠性高、堅(jiān)固耐用、適應(yīng)性強(qiáng)。

激光發(fā)射鏡頭部分采用準(zhǔn)直透鏡和衍射透鏡結(jié)合的方式。反射式和透射式準(zhǔn)直鏡被用在光束傳遞系統(tǒng)中，以維持激光諧振腔和聚焦光學(xué)元件之間的光束的準(zhǔn)直性。

反射式準(zhǔn)直鏡一般使用的是銅制全反鏡，而透射式準(zhǔn)直鏡則使用硒化鋅透鏡。衍射光柵透鏡基板上光刻上不同厚度的衍射層，通過(guò)衍射關(guān)系，將不同波長(zhǎng)或強(qiáng)度的光成像在不同位置，從而實(shí)現(xiàn)分光作用。其作用就像一個(gè)光子路由器，將光子們組合成各式各樣的形狀。

當(dāng)激光束穿過(guò)激光衍射板的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，光子將被激光衍射板上面的各種形狀重新進(jìn)行定向，類似于旋轉(zhuǎn)型激光雷達(dá)的多線掃描。

衍射光柵的基底是低膨脹系數(shù)的玻璃或熔石英，上面鍍鋁，然后把平行線刻在鋁膜上。衍射光柵的精度要求極高，很難制造，一般用在天文儀器上。

發(fā)射部分的激光二極管是Excelitas Technologies供應(yīng)，Excelitas Technologies是全球最大的民用激光二極管公司之一，年收入大約7億美元，總部位于美國(guó)馬薩褚塞。激光二極管型號(hào)為TPGEW1S09H，屬于225微米系列。

Excelitas Technologies采用金屬密封內(nèi)包裝和塑料膠囊外包裝設(shè)計(jì)，相對(duì)于工業(yè)用激光器來(lái)說(shuō)價(jià)格低了很多，適合大量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

TPGEW1S09H采用GaAs外延片，采用InGaAs激發(fā)層。采用905納米紅外激光。

接收部分主要是接收鏡頭和光電二極管陣列，接收鏡頭貌似就是一般的聚焦玻璃鏡頭。

光電二極管陣列是日本濱松的S7509，參數(shù)如下：

S7509采用芯片式封裝，可以用回流焊或者SMT貼片，很適合大規(guī)模量產(chǎn)。暗電流比較小，信噪比較高。濱松也有線性APD陣列和單光子陣列產(chǎn)品。

發(fā)射板上有一片德州儀器的D類功率放大器，這芯片一般用于音頻放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器這種電流型負(fù)載，可能是用來(lái)放大電流供電給激光二極管，是個(gè)比較奇怪的設(shè)計(jì)。

接收板上有三片主芯片，包括LatTIce的一款PLD，你也可以稱之為FPGA，型號(hào)為L(zhǎng)CMOX3LF-2100E-6MG121C。

通過(guò)上圖可以得知這款FPGA屬于MachXO3系列，采用Flash配置內(nèi)存，邏輯運(yùn)算大院為2112個(gè)，最快型，121腳csfBGA封裝，商業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

上圖為L(zhǎng)CMOX3LF-2100E-6MG121C的內(nèi)部框架圖，與一般的FPGA最大不同是其內(nèi)置PLL鎖相環(huán)電路。PLL(Phase Locked Loop)： 為鎖相回路或鎖相環(huán)，用來(lái)統(tǒng)一整合時(shí)脈訊號(hào)，使高頻器件正常工作，如內(nèi)存的存取資料等。

PLL用于振蕩器中的反饋技術(shù)。 許多電子設(shè)備要正常工作，通常需要外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步。一般的晶振由于工藝與成本原因，做不到很高的頻率，而在需要高頻應(yīng)用時(shí)，有相應(yīng)的器件VCO，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)成高頻，但并不穩(wěn)定，故利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且高頻的時(shí)脈沖訊號(hào)。

對(duì)脈沖型激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，高精度時(shí)鐘是保證雷達(dá)檢測(cè)距離精度的關(guān)鍵。Leddar Tech目前還沒(méi)有推出ASIC，只能先用FPGA代替。

接收板上有片Atmel的Flash MCU，型號(hào)為ATSAMS70N20-CFN，這是一片內(nèi)置1024Kbyte Flash和384 MulTI Port SRAM的MCU，采用100腳LQFP封裝，內(nèi)置ARM Cortex M7內(nèi)核，M7是ARM M系列性能最強(qiáng)一款。下圖為ATSAMS70N20-CFN的內(nèi)部框架圖。

接收板上還有八片美信的MAX3806，MAX3806是光學(xué)距離測(cè)量器，內(nèi)置一個(gè)60K或30K的開關(guān)阻抗，還有一個(gè)衰減器和前置放大器。

8片代表8個(gè)接收通道。MAX3806、MAX4311和MAX1446一起配合使用，MAX4311是MUX/AMP，MAX1446是一個(gè)10比特全差分模擬輸入ADC，比特率60Mbps，內(nèi)置精密參考電壓，32腳TQFP封裝，主要用于超聲圖像生成和CCD圖像生成。

Flash固態(tài)激光雷達(dá)可以看做一個(gè)圖像傳感器，上圖為應(yīng)用實(shí)例。

母板上主要為供電部分，核心芯片是一片村田的LKDC55KAAA-205，這是一片非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，可以輸出3A電流，主要供應(yīng)發(fā)射部分。

經(jīng)過(guò)拆解可以看出PIN型固態(tài)激光雷達(dá)除鏡頭外都有標(biāo)準(zhǔn)的量產(chǎn)元件可以選擇，門檻很低，成本也不高，未來(lái)可以取代傳統(tǒng)的低像素?cái)z像頭。但與攝像頭比，激光雷達(dá)可以全天候全天時(shí)工作，雨雪霧霾，白天黑夜都能勝任。

可以想象，未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)更多固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品，而性能更好的線性APD和單光子激光雷達(dá)，具備更高的分辨率，有可能進(jìn)一步擠壓攝像頭的生存空間。