（本文編譯自electronicdesign）

氮化鎵（GaN）功率器件正逐漸成為LiDAR傳感器的核心模塊之一，這得益于其具有超快的開關速度和較低的寄生效應。這些特性使得氮化鎵功率器件能夠在高總線電壓和窄脈沖寬度的情況下實現高峰值電流。

為了迎接自動駕駛汽車的未來，汽車系統中必須采用更先進的傳感器。在用于檢測自動駕駛汽車周圍物體的眾多傳感器中，激光雷達（LiDAR）是應用較為廣泛的一種。它通過激光發射光線，并測量場景中的反射光，有點類似于基于光的雷達。汽車的車載計算機可以利用這些數據來判斷汽車與周圍環境的關系，以及道路上其他車輛和物體的存在情況。

LiDAR傳感器必須基于一個非常快速的開關，該開關為激光二極管產生電壓脈沖。電壓持續時間可能只有幾納秒。LiDAR的脈沖頻率通常能夠達到500kHz到1MHz。因此，需要一種上升和下降時間都非常短的功率開關器件。氮化鎵功率高電子遷移率晶體管（HEMT）技術往往具有非常快的開啟和關閉速度，以及較高的脈沖電流能力。LiDAR傳感器非常適用于這些功率處理需求。

這些氮化鎵功率場效應晶體管必須與柵極驅動器搭配使用，以驅動它們工作。例如，德州儀器(TI)的LMG1020是一款低邊驅動器，設計用于控制氮化鎵場效應晶體管和邏輯MOSFET，適用于高速系統，包括LiDAR和用于面部識別等其他ToF傳感器。它們也適用于幾乎所有需要低邊驅動器的功率轉換器。

下圖展示了氮化鎵功率場效應晶體管和柵極驅動器集成電路如何融入LiDAR傳感器中。參考設計包括一個低邊氮化鎵柵極驅動器，它能夠以一種在短傳播延遲的情況下，以超過100瓦的功率輸出0.5納秒激光光脈沖的方式，來驅動氮化鎵功率場效應晶體管。

LiDAR傳感器的基本原理

LiDAR傳感器使用脈沖激光來檢測車輛周圍物體的存在，并精確繪制與它們的距離。車載計算機將能夠解讀車輛與其周圍環境的關系。

LiDAR的原理是將激光指向一個表面，然后發送一個短激光脈沖，并測量光返回傳感器所需的時間，使用公式計算距離：距離=光速×經過時間）/2。由于LiDAR能夠以毫米級精度在遠距離上捕獲距離和深度信息，它正成為未來自動駕駛汽車最重要的傳感器之一。

雖然LiDAR的未來應用領域是自動駕駛，但它也被用于其他方面，包括：

• 環境監測：LiDAR傳感器可用于地形測繪、空氣質量監測以及森林樹冠分析等。

• 航空航天：LiDAR還可用于各類飛行器（尤其是無人機）的地形測繪、障礙物檢測和測高。

• 考古學：LiDAR也被用于幫助考古學家通過大規模掃描發現隱藏的建筑結構和地貌。

LiDAR的主要優勢包括：

• 更高的精度：這對于需要詳細空間數據（即關于物體物理位置和形狀的任何信息）的應用至關重要。

• 更高的幀率：這對于在繁忙道路上或其他動態環境中行駛的汽車來說非常有價值。

• 魯棒性和可靠性：LiDAR傳感器也非常適合在惡劣環境條件下導航，例如濃霧、灰塵或雨水，這些條件下相機可能會遇到困難。

• 更高的橫向分辨率：這在詳細的3D測繪中非常有用。

GaN在LiDAR傳感器中占據的優勢

當使用LiDAR傳感器捕獲距離和深度信息時，更短的脈沖寬度（PW）將能實現更高的分辨率。然而，使用更高的脈沖幅度則會增加檢測范圍。

集成氮化鎵功率場效應晶體管（GaN power FETs）和超快柵極驅動器IC將提高開關速度并降低功率損耗，為更先進的LiDAR傳感器的發展開辟道路。氮化鎵功率場效應晶體管利用了最新的硅基氮化鎵（GaN-on-Si）工藝技術的所有品質因數（FOM），而柵極驅動器則是專門為提高轉換速率而設計，這對傳感器的性能提升也大有裨益。

通過結合這些功率組件，并優化其PCB布局，可以實現更高的激光功率，同時減少振鈴現象，從而改善EMI和熱性能。這些得到改善的性能指標有助于實現更高的分辨率和更大的檢測范圍。