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軍工航天新聞

我們拆解了一臺(tái)固態(tài)激光雷達(dá),有了這些新發(fā)現(xiàn)

星之球科技 來源:雷鋒網(wǎng)2017-11-27 我要評(píng)論(0 )   

LeddarTech是源自加拿大魁北克國家光學(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...

 
 
 
LeddarTech是源自加拿大魁北克國家光學(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,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)過十多年來的潛心研發(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)。
 
發(fā)射部分:光學(xué)鏡頭
 
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)用激光器來說價(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
 
 
 
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。
 
電路部分:母板、發(fā)射板和接收板
 
 
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)來說,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。
 
小結(jié)
經(jīng)過拆解可以看出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。注:本文部分圖片來源自YOLE拆解報(bào)告

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