光探測和測距(Light detection and ranging),簡稱LiDAR,也就是激光雷達技術,被廣泛應用于自動駕駛汽車、工業、無人機、機器人和3D繪圖等終端市場中。車規級、可量產、低成本的固態激光雷達是激光雷達行業的未來發展趨勢。
激光雷達發射端所發射的脈沖激光最重要的參數是脈沖寬度與功率。脈沖激光的脈寬越短、功率越高,則激光雷達的探測能力越強,分辨率越高。
脈沖激光脈寬越短,單位時間內能夠被激光雷達有效接收并處理的脈沖激光數就越多,所得到的3D影像的分辨率就越高。圖中上半部分,由于是窄脈沖,每一次反射都能被接收并處理;下半部分,由于寬脈沖間互相重疊難以區分使得激光雷達分辨率降低。
激光雷達通過感應脈沖發射并返回所需的時間來測量物體的距離,從而創建 3D 圖像。由于光速約為0.3 m/ns,系統中每納秒的誤差會導致距離測量產生0.3m的誤差。車輛在高速公路上行駛時,為了確定附近的物體是否會對車輛構成威脅,激光雷達需要具有足夠的分辨率,這要求驅動電路的電流必須在大約1ns內上升到其峰值,延遲時間,切換時間,導通時間等盡可能的低,并且需要以極高的精度重復產生這一脈沖激光。GaN FET由于其作為激光二極管開關器件具有高功率及高功率密度的優點使其成為車載固態激光雷達的優選。但是也因為GaN FET對寄生參數的敏感、高頻條件下柵極電壓易產生振蕩等原因,對驅動電路有著很高的要求。
典型激光雷達應用參考設計的框圖如上圖所示,經過脈寬調制與緩沖的輸入信號給到驅動器以驅動GaN FET并輸出納秒級別寬度的脈沖,關鍵的器件包括緩沖器、柵極驅動器、GaN FET以及激光二極管,高頻條件下工作的驅動器可以驅動GaN FET產生多個用于探測連續脈沖激光。發射端通常使用低側柵極驅動器,HD1001型超高速GaN FET驅動器十分適合應用與驅動激光雷達發射端中的GaN FET,能夠驅動GaN FET產生脈沖寬度小于2ns、功率超過100 W的脈沖激光,因此非常適合激光雷達應用。
乾鴻微HD1001型超高速GaN FET驅動器具有快速開關頻率、低延遲、窄脈寬、低失真以及驅動能力強等特性,快速開關頻率提升了探測距離與精度;低延遲改善了控制環路響應時間;驅動能力強則減少了對激光器功率的限制,提升了設計靈活性。此外HD1001具有欠壓鎖定(UVLO)和過溫保護(OTP),以確保設備在意外故障情況下的安全性;采用2*2mm小尺寸緊湊封裝,有助于減小寄生電感,縮減激光雷達發射機尺寸。
以上產品應用圖IN+和IN-引腳處有兩個施密特觸發器以降低輸入極對噪聲的敏感性,兩個輸出端OUH與OUTL可以使用獨立電阻連接至柵極,用戶可通過調整這兩個電阻來控制開啟與關斷的驅動能力以控制柵極信號的振鈴。在實際設計過程中,柵極驅動器與GaN FET之間距離要盡可能短,柵極回路也要盡可能小,以避免振鈴產生;如果振鈴不可避免,則應選擇使振鈴最小的柵極電阻。HD1001的VDD腳應接一0.1uF~1uF的旁路電容用于濾波,走線要寬并盡可能貼近HD1001。除應用于車載激光雷達的發射端之外,HD1001型超高速GaN FET驅動器也可以用于以下領域:
面部識別
E 類無線充電器
基于 GaN 的同步整流器
擴增實境(AR)
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GaN
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