拆解后的固態(tài)激光雷達全面介紹

經(jīng)過拆解可以看出PIN型固態(tài)激光雷達除鏡頭外都有標準的量產(chǎn)元件可以選擇，門檻很低，成本也不高，未來可以取代傳統(tǒng)的低像素攝像頭。但與攝像頭比，激光雷達可以全天候全天時工作，雨雪霧霾，白天黑夜都能勝任。

LeddarTech是源自加拿大魁北克國家光學研究所的初創(chuàng)企業(yè)，累計融資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，大型混合信號半導體廠家IDT等。

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

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

上圖為LeddarTech固態(tài)激光雷達示意圖，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的精確距離可以通過簡單的計算得知，同時可以根據(jù)激光反射強度值，輕松識別出常見物體，如行人、道路、混凝土建筑、路燈、草地，也可以用MEMS鏡偏轉(zhuǎn)來使激光束對物體進行掃描。

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

經(jīng)過十多年來的潛心研發(fā)，LeddarTech技術如今已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，可以應用在各種商用解決方案中，如高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、交通管理、導航定位、液位測量等。

LeddarTech具備系統(tǒng)開發(fā)和集成商在研發(fā)激光雷達應用時對傳感器的主要需求：小尺寸、低成本、低功耗、可靠性高、堅固耐用、適應性強。

激光發(fā)射鏡頭部分采用準直透鏡和衍射透鏡結(jié)合的方式。反射式和透射式準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元件之間的光束的準直性。

反射式準直鏡一般使用的是銅制全反鏡，而透射式準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，通過衍射關系，將不同波長或強度的光成像在不同位置，從而實現(xiàn)分光作用。其作用就像一個光子路由器，將光子們組合成各式各樣的形狀。

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

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，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，總部位于美國馬薩褚塞。激光二極管型號為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計，相對于工業(yè)用激光器來說價格低了很多，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，推動揚聲器這種電流型負載，可能是用來放大電流供電給激光二極管，是個比較奇怪的設計。

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，型號為LCMOX3LF-2100E-6MG121C。

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

上圖為LCMOX3LF-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)，用來統(tǒng)一整合時脈訊號，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。 許多電子設備要正常工作，通常需要外部的輸入信號與內(nèi)部的振蕩信號同步。一般的晶振由于工藝與成本原因，做不到很高的頻率，而在需要高頻應用時，有相應的器件VCO，實現(xiàn)轉(zhuǎn)成高頻，但并不穩(wěn)定，故利用鎖相環(huán)路就可以實現(xiàn)穩(wěn)定且高頻的時脈沖訊號。

對脈沖型激光雷達來說，高精度時鐘是保證雷達檢測距離精度的關鍵。Leddar Tech目前還沒有推出ASIC，只能先用FPGA代替。

接收板上有片Atmel的Flash MCU，型號為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是光學距離測量器，內(nèi)置一個60K或30K的開關阻抗，還有一個衰減器和前置放大器。

8片代表8個接收通道。MAX3806、MAX4311和MAX1446一起配合使用，MAX4311是MUX/AMP，MAX1446是一個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)激光雷達可以看做一個圖像傳感器，上圖為應用實例。

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，主要供應發(fā)射部分。

經(jīng)過拆解可以看出PIN型固態(tài)激光雷達除鏡頭外都有標準的量產(chǎn)元件可以選擇，門檻很低，成本也不高，未來可以取代傳統(tǒng)的低像素攝像頭。但與攝像頭比，激光雷達可以全天候全天時工作，雨雪霧霾，白天黑夜都能勝任。

可以想象，未來將會出現(xiàn)更多固態(tài)激光雷達產(chǎn)品，而性能更好的線性APD和單光子激光雷達，具備更高的分辨率，有可能進一步擠壓攝像頭的生存空間。