“LiDAR激光雷達(dá)”為智慧物流賦能，羅姆“激光器+GaN”帶來安全精準(zhǔn)

1   LiDAR（3D感測和距離感測）備受矚目

在物流行業(yè)，物流需求持續(xù)擴(kuò)大，但同時也面臨著嚴(yán)重的勞動力短缺問題。越來越多的業(yè)內(nèi)企業(yè)開始考慮引進(jìn)智慧物流系統(tǒng)，利用AGV（無人搬運車）和AMR（自主移動機器人）等執(zhí)行工作。然而，也有很多企業(yè)擔(dān)心安全性和系統(tǒng)管理等方面的問題。實際上，ISO 對功能安全的要求也很高，能夠確保安全性的智能感測技術(shù)和模塊已經(jīng)逐漸成為不可或缺的存在。在這種背景下，旨在構(gòu)建更安全、更安心的智慧物流系統(tǒng)，并且能夠更精準(zhǔn)地感測更遠(yuǎn)的距離、不易受到陽光干擾的激光雷達(dá)LiDAR（3D 感測和距離感測）技術(shù)備受矚目。

為此，羅姆推出了基于LiDAR的解決方案。羅姆的優(yōu)勢是擁有可實現(xiàn)更窄激光線寬的自有專利技術(shù)，有助于LiDAR支持更遠(yuǎn)的距離并實現(xiàn)更高的精度。

2   激光二極管與VCSEL不斷精進(jìn)

LiDAR的核心元器件是激光二極管，為此，羅姆多年來在核心元件——激光二極管方面不斷精進(jìn)。

●   2019 年，推出了輸出功率25 W 的激光二極管“RLD90QZW5”；

●   2021 年，為了將應(yīng)用擴(kuò)展到日益增長的工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域， 開發(fā)了75 W 高輸出功率的激光二極管“RLD90QZW3”；

●   2023 年，開發(fā)出輸出功率高達(dá)120 W 的激光二極管“RLD90QZW8”；

●   2024 年，開發(fā)出125 W、8 ch（1 kW 級）陣列型新產(chǎn)品，滿足了市場對高輸出功率和高性能激光二極管的需求。

此外，羅姆是少數(shù)同時擁有高輸出功率半導(dǎo)體激光器和VCSEL這兩種技術(shù)的制造商之一，可以提供符合客戶應(yīng)用需求、解決客戶困擾的靈活解決方案（圖1）。

圖1 羅姆有兩種半導(dǎo)體激光器

3   解決工程師應(yīng)用的痛點

通常，為了驅(qū)動LiDAR 激光二極管，要使用能高速開關(guān)的GaN HEMT，由矩形波電路或共振電路構(gòu)成。矩形波電路主要控制與電源串聯(lián)的激光二極管的開關(guān)，但上升/ 下降時間受半導(dǎo)體開關(guān)的速度、電路中形成的環(huán)路電感的限制。諧振型電路作為高頻驅(qū)動電路是很普遍的，但是電路常數(shù)的設(shè)計需要了解高頻。

為此，羅姆開發(fā)出并公開了兩種電路的參考設(shè)計。由于公開了設(shè)計數(shù)據(jù)（電路圖、PCB 的Gerber、BOM）和評價數(shù)據(jù)，因此可由工程師自由進(jìn)行設(shè)計參照、設(shè)計轉(zhuǎn)用。

另外，羅姆在線上免費仿真工具——ROHM Solution Simulator 上公開了模擬電路，能夠輕松地執(zhí)行兩種電路方式的模擬?？闪⒓创_認(rèn)變更電路常數(shù)時的波形變化，因此可以用于初期的設(shè)計討論。

不僅僅是參考設(shè)計的設(shè)計數(shù)據(jù)，羅姆官網(wǎng)上也公開了產(chǎn)品單體的應(yīng)用筆記和模擬模型（SPICE 模型，Ray數(shù)據(jù)）、PCB 庫數(shù)據(jù)，通過利用參考設(shè)計電路模擬以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)，工程師可大幅削減實現(xiàn)設(shè)計工時和評估工時，加快產(chǎn)品的市場導(dǎo)入過程。

4   GaN使LiDAR錦上添花

與具有出色開關(guān)特性的GaN 器件相結(jié)合，可以進(jìn)一步提高LiDAR 的距離分辨率并增加可檢測距離。GaN 器件能夠以1 ns 左右的超窄脈沖驅(qū)動激光器，而這是以往的Si 器件無法實現(xiàn)的。1 ns 的時間偏差相當(dāng)于30 cm 的距離偏差，因此如果脈沖寬度過寬將無法進(jìn)行高精度的距離檢測，而使用GaN 器件則可以攻克這一難題。另外，由于電流流動時間變短，發(fā)熱量降低，因此可實現(xiàn)更大電流驅(qū)動，從而可以檢測更遠(yuǎn)的距離。羅姆已經(jīng)建立了GaN 器件的量產(chǎn)體系，能夠提供包括可更大程度地激發(fā)出GaN 特性的、可高速控制的柵極驅(qū)動器IC 在內(nèi)的解決方案。羅姆還提供兩種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路相關(guān)的參考設(shè)計和評估板，有助于客戶減少設(shè)計工時。詳見：REFLD002 - Reference Design。

（本文來源于《EEPW》202411）