漫談中美無人駕駛技術(shù)差距（上）

　　而CES2016發(fā)布的來自Quanergy的“固態(tài)”激光掃描儀S3更是首次引入了全固態(tài)激光掃描儀的概念。讓我們來通過Quanergy在CES上的演講和其相關(guān)的專利說明來詳細探討一下它的創(chuàng)新之處吧。簡單的說，這是一款全“固態(tài)”的激光雷達，或者稱光學相控陣激光掃描儀。其目標量產(chǎn)成本為250美元。首先如下圖一所示，其滿足了激光掃描儀小型化的大趨勢，整個尺寸只有90mm x 60mm x 60mm。如圖二的產(chǎn)品工作原理展示中可以看到內(nèi)部機構(gòu)不存在任何的機械旋轉(zhuǎn)部件。所有的激光探測水平和垂直視角都是通過電子方式實現(xiàn)的。因此其名副其實的是全“固態(tài)”激光掃描儀產(chǎn)品。

　　↑Quanergy的“固態(tài)”激光掃描儀S3

　　↑Quanergy激光掃描儀S3產(chǎn)品工作原理展示

　　美國政府影響至今仍在持續(xù)。

　　除了以上對于激光掃描儀成本優(yōu)化的固態(tài)化趨勢，DARPA正主導繼續(xù)與加州Berkeley以及麻省理工MIT進行下一代頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW 激光掃描儀芯片的開發(fā)，將進一步降低激光掃描儀的成本。

　　實際上美軍方DARPA主導的項目小組，以加利福尼亞大學為核心已經(jīng)基本完成了原型半導體芯片的開發(fā)，并且在IEEE國際電子工程師協(xié)會上發(fā)布了正式的論文。如果需要從事相關(guān)的激光傳感器開發(fā)或者對激光傳感器小型化感興趣的朋友，可以搜索相關(guān)的論文進行進一步的研究。

　　如下是論文原型芯片的示意圖，用來給感興趣的朋友一個大概的總覽。下圖一為原型芯片的組成示意圖，包括左上角的MEMS tunable VCSEL微機械可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器作為發(fā)射源和右上角及下方的兩組光敏二極管作為接收器件。

　　下圖二所示由芯片組成的閉環(huán)可控光學頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW控制電路。電路顯示由三大類的器件組成。該三大類的器件分別分布在三種半導體層上。紅色表示的器件為三五價III-IV半導體層。典型代表為砷化鎵GaAs或者磷化銦InP半導體工藝。三五價半導體是直接能帶半導體，更夠發(fā)出更強的光，適合制作光學芯片。

　　因此原型芯片的激光發(fā)射源和光敏二極管接收單元均由該類型的半導體完成。藍色部分硅光電子層Silicon Photonics(又稱SiP)，是基于硅基工藝制作的光學半導體。因此耦合器Coupler和相位測量干擾儀Interferometer由該半導體層制作。黑色部分為傳統(tǒng)硅基CMOS層，其他傳統(tǒng)的控制單元都有該半導體層制作。下圖三為具體的三種類型半導體層的分布情況。

　　↑原型芯片的組成示意圖

　　↑由芯片組成的閉環(huán)可控光學頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW

　　↑三種類型半導體層的分布情況

　　神奇的是，此概念提出一年以后原型樣片真的被做出來并進行了相關(guān)的測試。其產(chǎn)學研的扶植力度可見一斑。這也是其深厚技術(shù)積淀的一種體現(xiàn)。

　　↑由麻省理工MIT設(shè)計的FMCW激光掃描芯片

　　↑該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹