LeddarTech是源自加拿大魁北克國家光學研究所的初創企業,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品,而是要提供固態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固態激光雷達示意圖,激光發射陣列發射多組激光,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激光雷達參數如下:
經過十多年來的潛心研發,LeddarTech技術如今已經發展得相當成熟,可以應用在各種商用解決方案中,如高級駕駛輔助系統(ADAS)、交通管理、導航定位、液位測量等。
LeddarTech具備系統開發和集成商在研發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。
發射部分:光學鏡頭
激光發射鏡頭部分采用準直透鏡和衍射透鏡結合的方式。反射式和透射式準直鏡被用在光束傳遞系統中,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構時,光子將被激光衍射板上面的各種形狀重新進行定向,類似于旋轉型激光雷達的多線掃描。
衍射光柵的基底是低膨脹系數的玻璃或熔石英,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采用金屬密封內包裝和塑料膠囊外包裝設計,相對于工業用激光器來說價格低了很多,適合大量生產的產品。
TPGEW1S09H采用GaAs外延片,采用InGaAs激發層。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,很適合大規模量產。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品。
電路部分:母板、發射板和接收板
發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配置內存,邏輯運算大院為2112個,最快型,121腳csfBGA封裝,商業級產品。
上圖為LCMOX3LF-2100E-6MG121C的內部框架圖,與一般的FPGA最大不同是其內置PLL鎖相環電路。PLL(Phase Locked Loop): 為鎖相回路或鎖相環,用來統一整合時脈訊號,使高頻器件正常工作,如內存的存取資料等。
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,實現轉成高頻,但并不穩定,故利用鎖相環路就可以實現穩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,這是一片內置1024Kbyte Flash和384 Multi Port SRAM的MCU,采用100腳LQFP封裝,內置ARM Cortex M7內核,M7是ARM M系列性能最強一款。下圖為ATSAMS70N20-CFN的內部框架圖。
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轉換器,可以輸出3A電流,主要供應發射部分。
小結
經過拆解可以看出PIN型固態激光雷達除鏡頭外都有標準的量產元件可以選擇,門檻很低,成本也不高,未來可以取代傳統的低像素攝像頭。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,未來將會出現更多固態激光雷達產品,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。注:本文部分圖片來源自YOLE拆解報告