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將間接測量飛行時間(IToF)帶入手機、平板電腦、無人機，甚至玩具機器人，現(xiàn)在也許可以通過高度集成的氮化鎵（GaN）激光驅(qū)動IC實現(xiàn)。雖然激光雷達（LiDAR）和直接測量飛行時間設(shè)備常常因其在自動車輛中的作用而備受關(guān)注，但間接測量飛行時間技術(shù)在消費類應(yīng)用中也取得了進展，正如我們在自動吸塵器中看到的那樣。

許多技術(shù)都取決于激光雷達的改進，但激光雷達本身也取決于更低級別的組件改進。具體而言，GaN晶體管的進步已被證明是開發(fā)高精密激光雷達系統(tǒng)不可或缺的一部分。作為該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，EPC公司多年來一直在開發(fā)用于激光雷達的氮化鎵，現(xiàn)在更進一步，將基于氮化鎵的激光雷達技術(shù)帶入消費領(lǐng)域。國外科技媒體allaboutcircuits采訪了EPC公司首席執(zhí)行官Alex Lidow，了解到該公司最新的激光驅(qū)動IC，以及他認為該產(chǎn)品將如何徹底改變激光雷達。

為什么GaN是LiDAR的發(fā)展之路

激光雷達系統(tǒng)從垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)發(fā)出光脈沖，需要高功率的電氣控制，其速度非?？?，上升和下降時間也很短。這也是氮化鎵使激光雷達系統(tǒng)受益的原因之一。氮化鎵的開關(guān)速度比硅FET快得多，可以在大電流下實現(xiàn)短脈沖寬度。 這一特性對激光雷達來說至關(guān)重要，因為較短的脈寬可以帶來更高的分辨率，而高脈沖電流則可以讓激光雷達系統(tǒng)看得更遠。

GaN還具有更好的熱性能。"熱極限總是由激光器設(shè)定的，"Lidow說。"你把激光運行到它的熱極限，當(dāng)這種情況發(fā)生時，這些氮化鎵器件甚至不會發(fā)熱。"Lidow指出，盡管您可以使用硅制造LiDAR系統(tǒng)，但是這些設(shè)備的性能并不會太好。

傳統(tǒng)激光雷達驅(qū)動器的問題

在傳統(tǒng)的LiDAR系統(tǒng)中，通常會找到一個硅驅(qū)動器IC，該驅(qū)動器可驅(qū)動GaN FET，然后將電流泵入LiDAR激光系統(tǒng)。 由于電路連接中的電感會嚴重降低控制信號的速度，因此將這些組件連接起來是整個系統(tǒng)的限制因素之一。這意味著上升和下降時間變慢，最終脈沖寬度變寬，這意味著較差的分辨率。

“問題出在硅驅(qū)動器連接到GaN FET的事實。這成為整個電路的速率限制部分，” Lidow解釋說。“首先，硅的速度不如GaN，但其次，這兩者之間的互連中存在電感。這種電感會使信號變慢。我們談?wù)摰氖菙?shù)十皮秒。” “問題來自于硅驅(qū)動器與氮化鎵場效應(yīng)晶體管的接口。這就成了整個電路的限速部分。” Lidow解釋道。“首先，硅不像氮化鎵那么快，其次，這兩者之間的互連中存在電感。這種電感會使信號變慢（慢幾十皮秒）。”

一種新型的間接測量飛行時間集成激光驅(qū)動器

EPC解決此問題的方法：集成。 該公司的新產(chǎn)品EPC21601將GaN驅(qū)動器和GaN FET集成到單個IC上，從而消除了互連電感，并消除了傳統(tǒng)LiDAR電路的速率限制方面。EPC預(yù)計10 A，40 V激光驅(qū)動器IC可用于間接飛行時間（IToF）應(yīng)用中。 新型IC的尺寸為1.5mm x 1.0mm，據(jù)說可以提供比傳統(tǒng)解決方案小36％的PCB解決方案。

據(jù)EPC稱，該集成解決方案也具有可衡量的速度和性能改進指標。Lidow說：“它將電感從大約50皮亨減少到只有幾個皮亨。脈沖寬度為1.4納秒，下降時間為245皮秒，上升時間為470皮秒，已接近極限測量能力。” 通過將LiDAR驅(qū)動電路集成到單個IC中，EPC的目標是使LiDAR更實惠，更易獲得，同時提高性能標準。Lidow預(yù)測，由于這種芯片的價格約為1美元，對廉價激光雷達的競爭可能會結(jié)束，復(fù)雜的激光雷達將開始在各種產(chǎn)品中悄然出現(xiàn)。

在闡述可能的用例時，Lidow表示："我特別興奮的是，現(xiàn)在你不用擔(dān)心多個芯片，而且你可以用不到一美元的價格買到它們。這款激光驅(qū)動IC打開了消費市場，它通過手機、平板電腦、無人機或其他任何你想要的東西，吹響了三維感知和激光雷達的使用號角。如果你要做一個玩具機器人，現(xiàn)在就可以在里面放一個激光雷達系統(tǒng)。"