互联网车辆的激光雷达系统组件

激光雷达系统将在整个传感器套件中发挥至关重要的作用，该传感器套件可使自动驾驶汽车了解周围环境的变化。一些设计人员倾向于将雷达用于其明显的复杂性，并且已经对使用雷达系统的5D成像进行了大量研究。但是，激光雷达和其他视觉系统也可以提供周围环境的完整视图，并将在新型车辆中与雷达一起使用。

激光雷达与雷达：哪种最适合新车？

要说其中一个比另一个更好，就错过了在车辆中安装多个传感器的意义。不同的传感器将是不同应用的理想选择。汽车雷达可用于短距离（24 GHz）和长距离（76 GHz）的目标检测和速度测量。同时，激光雷达系统使用红外激光脉冲（当前为905 nm，但以后可能移至1500 nm）创建周围环境的地图。在相干激光雷达中使用连续波激光进行速度测量。

为汽车应用设计的雷达模块已经可以以比激光雷达系统更低的价格添加到车辆中。许多公司正在探索同时使用这两种技术来识别目标，创建带有标记目标的环境地图以及构造这些附近目标的图像。然后可以将此数据与计算机视觉算法一起使用，以区分不同的对象。

以下指标用于评估激光雷达系统的性能：

• 空间分辨率（横向和纵向）
• 时间分辨率
• 检测范围
• 扫描速度

这使得激光源（激光器本身和相关的电子设备）成为决定性能的最关键部分。首先，具有较低光束发散度的激光器将具有较高的横向分辨率。输出脉冲能量，发散度和波长决定了可用的检测范围。激光驱动器中的定时抖动将决定纵向分辨率。最后，扫描速率决定了时间分辨率，这对于精确的速度测量很重要。这些系统中涉及的激光器的更多讨论值得一读。在这里，我们将研究一些示例组件，这些组件用于驱动激光雷达测绘系统并接收反射的激光脉冲。

看自动驾驶汽车中的传感器生态系统

激光雷达系统组件的要求

在较高水平上用于支持激光雷达系统的组件应满足以下基本要求：

• 实时检测。运行系统的电子设备应接近实时地处理数据，类似于ADAS系统中使用的雷达。
• 高脉冲重复率。这是您的激光器和驱动程序的功能。扫描速率需要在〜MHz范围内，以提供具有高角度分辨率的360度扫描。
• 低功耗。您的激光驱动器应该能够以最低的功耗实现所需功率输出的快速切换。
• 检测器灵敏度高。在所需波长处的较高灵敏度可使您的系统使用较低强度的脉冲。这有助于确保您的系统符合激光安全标准，同时提供更长的可用范围（需要〜300 m的范围）。
• 频道号。较新的激光雷达系统在雪崩光电二极管阵列，PIN二极管阵列或多像素光子计数器中使用64个源检测器通道。您的系统将需要与这些通道连接以收集反射的脉冲。

让我们看一下构建激光雷达系统所需的一些基本组件：

德州仪器LM1020

的LM1020是GaN晶体管，其提供约1 ns激光脉冲具有高达60MHz的重复率和2.5至4.5纳秒传播延迟。在激光雷达系统中，GaN高电子迁移率晶体管的使用要比硅FET提供更好的性能。该GaN FET的漏极-源极电阻约为等效硅器件的一半，这意味着传导损耗降低了约50％。

在激光雷达系统中驱动激光二极管的简化框图。来自LM1020数据表。

ADI LTC6561

的LTC6561低噪声跨导放大器是理想的，用于多路复用从雪崩光电二极管阵列4个频道。请注意，光电二极管阵列通常使用64个通道工作。多个LTC6561模块可以组合起来以与更多通道接口。该IC采用4mm x 4mm QFN封装，带有裸露焊盘，用于热管理和低电感。该跨阻放大器具有低噪声和低功耗：

该放大器具有74kΩ的跨阻增益和30µA的线性输入电流范围。使用总电容为2pF的APD输入电路，在200MHz时，输入电流噪声密度为4.5pA /√Hz。电容较低时，噪声和带宽会进一步提高。只需5V单电源，该器件的功耗仅为200mW。[摘自LTC6561数据表]

具有4个APD通道的典型应用。来自LTC6561数据表。

德州仪器TDC7201ZAXT

由于激光雷达系统使用飞行时间测量来创建周围环境的3D地图，因此TDC7201ZAXT时间数字转换器可用于4厘米至几公里的距离测量，而无需在外部处理器中实施。这提供了皮秒精度的时间数字转换。该组件采用4 mm x 4 mm 25球nFBGA封装。

激光雷达系统中时间到数字转换的简化框图。来自TDC7201数据表。

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