【導讀】光探測與測距(LiDAR)是一項具有巨大發展潛力的技術。首個概念是在激光發明后不久的20世紀60年代提出的，隨后在測量，航空航天和自動駕駛汽車方面的機會真正推動了增長。
光探測與測距(LiDAR)是一項具有巨大發展潛力的技術。首個概念是在激光發明后不久的20世紀60年代提出的，隨后在測量，航空航天和自動駕駛汽車方面的機會真正推動了增長。
LiDAR系統的測繪和應用范圍各不相同，但它們的工作原理是相同的。他們將激光指向目標，并利用激光反射到光源所需的時間來測量距離。“點云”也可以用來生成3D圖像。激光脈沖速率越高，激光雷達系統的精度越高。
考慮到對先進駕駛輔助系統(ADAS)和全自動駕駛的需求，汽車LiDAR尤其具有吸引力。TechInsights發布的ADAS預測（2023年2月）[1]指出，高分辨率LiDAR系統(即用于自動駕駛的閃光或掃描類型，而不是用于自動緊急制動的簡單傳感器)的市場規模將從目前的3.4億美元增長到2027年的25.9億美元。
汽車行業通常在車輛的外圍低壓直流總線上使用LiDAR，通常為12 V，越來越多的是48 V。由于這些電壓水平不適用于碳化硅(SiC)，氮化鎵(GaN)為高頻激光脈沖提供了理想的替代方案。GaN已經在消費電子產品中表現出優于硅的性能，其在汽車激光雷達中的應用為其增長創造了新的機會。該應用還可以作為進入汽車市場的切入點和更大目標的試驗場，例如基于氮化鎵的牽引逆變器。
TechInsights汽車激光雷達拆解分析 – GaN的Design Win
在TechInsights的逆向工程汽車訂閱服務中，我們有一個LiDAR拆解分析子頻道[2]。下表顯示了我們觀察到GaN design win的LiDAR系統的選擇。
高效電源轉換(EPC)對該市場產生了重大影響，我們在10個激光雷達系統中觀察到6種不同的EPC產品。我們還注意到在鐳神激光雷達系統中有兩款英諾賽科的產品。另一個值得注意的design win是德州儀器；他們的柵極驅動器技術存在于我們分析的幾個激光雷達系統中，其中LMG1020 GaN驅動器是一個受歡迎的選擇[3]。
作為比較，這些是我們在其他系統中發現的一些等效硅MOSFET:
英飛凌OptiMOS 產品
- BSZ22DN20NS3 – 200V, 194mΩ RDS(ON) (Typical @ 25? C, VGS = 10 V), 4.2nC Qg
羅姆雙向MOSFET
- SH8K26 – 40V, 35mΩ RDS(ON)(Typical @ 25? C, VGS= 4.5 V), 2.9nC Qg
兩者都針對開關性能進行了優化，具有與所討論的GaN產品相似的柵極電荷值。然而，如果我們看一個更完整的圖片，并計算RDS(ON) *Qq的品質因數（FOM），我們可以注意到BSZ22DN20NS3的FOM為814.8mΩ.nC，SH8K26為101.5mΩ.nC，而GaN產品的FOM都沒有超過55mΩ.nC。需要注意的是，這些MOSFET跨越不同的電壓等級；然而，由于GaN器件有效地具有零反向恢復電荷，因此它們在這些快速開關應用中的優勢是顯而易見的。
TechInsights分析功率半導體在激光雷達中的應用
GaN技術正在迅速發展，表1中的許多系統(EPC2016、EPC2001、EPC2007、EPC2202和EPC2212)被EPC列為不推薦用于新設計的系統。
TechInsights分析了許多可用于LiDAR應用的SiC和GaN產品，并完成了關于英飛凌最新一代硅OptiMOS技術[4]和羅姆第六代低壓硅MOSFET技術的功率要素報告[5]。
對于GaN，TechInsights完成了在鐳神LiDAR CH128X1 ID123456-MOd中發現的英諾賽科的INN100W08的電源平面圖分析[6]。在EPC方面，我們完成了針對LIDAR應用定制的汽車認證的EPC2221 100 V共源雙向FET的GaN功率平面圖分析[7]。
也許迄今為止我們所見過的最具創新性的產品可以在EPC21601 IC的平面圖報告[8]中找到，該IC在同一裸片上具有GaN HEMT和相關的驅動集成電路(IC)(圖1)。
圖1：EPC21601中發現的PHASER0553A
圖2中的橫截面針對該產品的40v額定值進行了優化。單場板從源觸點向兩個方向延伸，并與器件的柵極區域及其外重疊。EPC報告指出，該產品可以與數字控制器接口，并且可以在超過100 MHz的頻率下切換。
圖2：EPC21601 GaN HEMT陣列的掃描電鏡(SEM)橫截面
總結
隨著氮化鎵技術的發展，汽車ADAS系統正在快速發展。EPC最近宣布了他們的第六代GaN晶體管產品線，我們很高興看到這些產品。
集成驅動功能的GaN IC是否會進入汽車激光雷達市場?在可靠性和汽車激光雷達之間進行權衡是一項挑戰。這種類型的激光雷達的資格測試要嚴格得多，更高的集成度會增加復雜性和潛在的故障點。開關性能是GaN器件非常適合這種應用的原因；然而，集成以消除線鍵的寄生電感有助于進一步提高性能。
References:
[1]報告- Advanced Driver Assistance Systems Forecast - February 2023：https://library.techinsights.com/strategy-analytics/analysis-view/AVS-23...
[2]TechInsights的LiDAR拆解子頻道：https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDdCAAW/...
[3] https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDdCAAW/...
[4] 報告- Infineon ISC027N10NM6ATMA1 Gen6 100 V Si MOSFET Power Essentials：https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/...
[5]報告- ROHM SH8KB7 Gen6 Split Gate 40V 13.5A MOSFET Power Essentials：https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/...
[6]報告 - Innoscience INN100W08 100 V 36 mOhm GaN Power FET Floorplan Analysis: https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/...
[7]報告- EPC2221 Automotive Qualified 100 V Dual FET Power Floorplan Analysis: https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/...
[8]報告- EPC 21601 40V, 10A eToF Laser Driver IC Power Floorplan Analysis: https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/...
（來源： TechInsights微信公眾號，作者： Stephen Russell）
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