汽車LiDAR系統(tǒng)智慧之眼——探測(cè)器該怎么選？

　　這類探測(cè)器通過不斷的開發(fā)克服缺陷，已常用于各類不同的LiDAR應(yīng)用。然而，到目前為止，其飽和問題和上述其他挑戰(zhàn)，使它們無法成為遠(yuǎn)距離掃描LiDAR的首選探測(cè)器。

　　各種探測(cè)器技術(shù)對(duì)比

　　InGaAs(銦鎵砷)光電二極管探測(cè)器

　　這類探測(cè)器通常以小尺寸用于數(shù)據(jù)通信和電信應(yīng)用，但除了專門的航空航天或軍事應(yīng)用之外，最近才開始應(yīng)用于LiDAR系統(tǒng)。該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的InGaAs材料硅基結(jié)構(gòu)。

　　由于該類探測(cè)器激光系統(tǒng)常常專門針對(duì)更高波長(zhǎng)的光譜(1550 nm，本文中討論的其它探測(cè)器為905 nm)而設(shè)計(jì)，因此該技術(shù)靈敏度更高，并可實(shí)現(xiàn)更高的功率。因此，與大多數(shù)其它探測(cè)器相比，InGaAs光電二極管能夠開發(fā)探測(cè)距離更遠(yuǎn)的汽車LiDAR系統(tǒng)。

　　然而，即使面對(duì)幾乎可以忽略地高于正常環(huán)境的溫度，InGaAs探測(cè)器的性能也會(huì)顯著降低。因此，即使在溫和氣候下，這類探測(cè)器也可能需要專門的外部冷卻系統(tǒng)。

　　此外，與大量使用的硅基板相比，其基礎(chǔ)材料成本更高。而且，用于LiDAR系統(tǒng)的大尺寸InGaAs探測(cè)器，其制造將比硅設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。到目前為止，還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)。

　　最后，由于這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于汽車LiDAR領(lǐng)域來說是一項(xiàng)新技術(shù)，當(dāng)試圖圍繞InGaAs探測(cè)器構(gòu)建創(chuàng)新的LiDAR系統(tǒng)時(shí)，OEM必須為花費(fèi)更大的精力、時(shí)間和成本而做好準(zhǔn)備。

　　雪崩光電二極管(APD)探測(cè)器

　　這類硅基光電探測(cè)器主要用于工業(yè)和軍事應(yīng)用。它們的運(yùn)行原理是通過允許進(jìn)入的光子促發(fā)電荷雪崩，然后通過其內(nèi)部放大機(jī)制倍增增益。通過吸收優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，它們能夠?qū)⒓す馄鹘?0%的905 nm反射光轉(zhuǎn)換成光電流，帶來了大輻提高的靈敏度。

　　除了突出的靈敏度，APD還具有最小的飽和度、理想的信噪比和高速優(yōu)勢(shì)。它們也是市場(chǎng)上成本最低的探測(cè)器技術(shù)之一。

　　APD的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是它們使用了與普通CMOS制造不兼容的專用雙極技術(shù)。因此，僅有少數(shù)幾家供應(yīng)商可以供貨。而且，它們無法與相關(guān)的CMOS器件在同一芯片上集成。

　　不過，探測(cè)器和電子器件的封裝，可以由經(jīng)驗(yàn)豐富的供應(yīng)商在芯片上彼此靠近的完成。兩者都可以在沒有任何影響的情況下獲得增強(qiáng)，以獲得最高性能。例如，專門設(shè)計(jì)的跨阻抗放大器(TIA)具有定制的增益和帶寬，可用于APD探測(cè)器陣列的補(bǔ)充(將光電流轉(zhuǎn)換為電壓，并調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的信號(hào)以提高增益)。這可以改善器件性能，尤其是在低光照條件下。

　　APD采用標(biāo)準(zhǔn)的、高生產(chǎn)率的商業(yè)化生產(chǎn)工藝制造，并且已經(jīng)在廣泛的系統(tǒng)中證明了它們的性能。

　　重要的是，當(dāng)以適當(dāng)?shù)姆绞竭\(yùn)行時(shí)，它們結(jié)合了有目共睹的性能和極具吸引力的成本優(yōu)勢(shì)。目前，APD是汽車遠(yuǎn)距離LiDAR系統(tǒng)的首選探測(cè)器，是幾款現(xiàn)有最復(fù)雜自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。

　　雪崩光電二極管(APD)探測(cè)器