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納芯微GaN HEMT驅(qū)動(dòng)芯片NSD2017在激光雷達(dá)中的優(yōu)勢(shì)

納芯微電子 ? 來源:納芯微電子 ? 2024-07-01 10:42 ? 次閱讀
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自動(dòng)駕駛新能源汽車智能化的重要發(fā)展方向,而具備強(qiáng)感知能力的激光雷達(dá)則是L2+及以上級(jí)別自動(dòng)駕駛不可或缺的硬件設(shè)備。納芯微的通道高速柵極驅(qū)動(dòng)芯片NSD2017,專為激光雷達(dá)發(fā)射器中驅(qū)動(dòng)GaN HEMT(高電子遷移率晶體管而設(shè)計(jì),助力應(yīng)對(duì)激光雷達(dá)應(yīng)用中的各項(xiàng)挑戰(zhàn)。

01激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

自動(dòng)駕駛中使用的激光雷達(dá)通常采用DToF(Direct Time-of-Flight)測(cè)距方式,即通過直接測(cè)量激光的飛行時(shí)間來進(jìn)行距離測(cè)量和地圖成像。下圖為DToF激光雷達(dá)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu),其中信號(hào)處理單元通過記錄激光發(fā)射器發(fā)出光脈沖的時(shí)刻,以及激光接收器收到光脈沖的時(shí)刻,根據(jù)時(shí)間間隔和光速即可計(jì)算出目標(biāo)距離。

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DToF激光雷達(dá)典型系統(tǒng)

激光雷達(dá)為了實(shí)現(xiàn)高分辨率與寬檢測(cè)范圍,需要極窄的激光脈沖寬度、極快的激光脈沖頻率和極高的激光脈沖功率,這對(duì)激光發(fā)射器中功率開關(guān)器件的性能提出了更高的要求。相比傳統(tǒng)的Si MOSFET,GaN HEMT具有更優(yōu)越的開關(guān)特性,非常適合DToF激光雷達(dá)應(yīng)用。GaN HEMT的性能表現(xiàn)依賴于高速、高驅(qū)動(dòng)能力和高可靠性的GaN柵極驅(qū)動(dòng)芯片,NSD2017憑借其優(yōu)異的產(chǎn)品特性,充分發(fā)揮了GaN HEMT在激光雷達(dá)中的優(yōu)勢(shì)。

02NSD2017產(chǎn)品特性

推薦工作電壓:4.75V~5.25V

峰值拉灌電流:7A/5A

最小輸入脈寬: 1.25ns

傳輸延時(shí): 2.6ns

脈寬畸變: 300ps

上升時(shí)間@220pF負(fù)載: 650ps

下降時(shí)間@220pF負(fù)載: 850ps

封裝:DFN6(2mm*2mm),WLCSP(1.2mm*0.8mm)

滿足AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證

同相和反相輸入引腳可用于產(chǎn)生極窄脈寬

具備UVLO、OTSD保護(hù)

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NSD2017典型應(yīng)用框圖

03NSD2017關(guān)鍵性能應(yīng)對(duì)激光雷達(dá)應(yīng)用挑戰(zhàn)

1)大電流驅(qū)動(dòng)能力,支持激光雷達(dá)遠(yuǎn)距離探測(cè)

激光雷達(dá)的遠(yuǎn)距離探測(cè)能力使自動(dòng)駕駛車輛能夠提前發(fā)現(xiàn)障礙物并及時(shí)避讓,從而提升自動(dòng)駕駛速度上限。為實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測(cè)距離,通常需要在保證不損傷人眼的前提下,采用更大功率的激光發(fā)射器,這就需要更大電流的GaN HEMT以及驅(qū)動(dòng)能力更高的驅(qū)動(dòng)芯片。納芯微的NSD2017具備7A峰值拉電流和5A灌電流能力,可用于驅(qū)動(dòng)大電流GaN HEMT,從而產(chǎn)生高峰值激光功率,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)。

2)極窄輸入脈寬,滿足激光雷達(dá)高測(cè)距精度要求

DToF激光雷達(dá)通過測(cè)量脈沖激光發(fā)射和接收的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)測(cè)距,但是如果來自兩個(gè)相鄰目標(biāo)的反射光脈沖發(fā)生重疊,系統(tǒng)將無法分辨出這兩個(gè)相鄰目標(biāo)的距離信息。為了滿足厘米級(jí)別的距離分辨率的要求,激光雷達(dá)需要極窄的光脈沖寬度,通常低至幾納秒,并且具有快速的上升沿和下降沿。NSD2017的最小輸入脈寬典型值僅為1.25ns,且開啟和關(guān)斷路徑具有優(yōu)異的延遲匹配,輸入到輸出的脈沖寬度失真低至300ps。此外在220nF負(fù)載下,NSD2017的上升時(shí)間典型值為650ps,下降時(shí)間典型值為850ps,也有利于產(chǎn)生更窄的脈沖激光。

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NSD2017最小輸入脈寬測(cè)試:Ch1為輸入波形,Ch2為輸出波形

3)小封裝和高頻開關(guān),優(yōu)化激光雷達(dá)分辨率與點(diǎn)頻性能

激光雷達(dá)的角分辨率表示掃描過程中相鄰兩個(gè)激光點(diǎn)之間的角度差,點(diǎn)頻則表示在三維視場(chǎng)內(nèi)每秒發(fā)出的激光點(diǎn)數(shù)。一般來說,激光雷達(dá)的角分辨率越小,相鄰點(diǎn)云之間越密集,往往點(diǎn)頻越高,激光雷達(dá)的感知能力也就越強(qiáng)。為實(shí)現(xiàn)更高的角分辨率和點(diǎn)頻,激光雷達(dá)需要布置更多的激光發(fā)射器,因而對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的封裝尺寸提出了更高的要求。NSD2017車規(guī)級(jí)芯片不但提供DFN (2mm*2mm)封裝,還可以提供更小尺寸的WLCSP (1.2mm*0.8mm)封裝。NSD2017支持最高60MHz開關(guān)頻率,傳輸延時(shí)典型值低至2.6ns,確保了系統(tǒng)控制環(huán)路具有足夠快的響應(yīng)時(shí)間,也有利于提高激光雷達(dá)點(diǎn)頻性能。

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NSD2017傳輸延時(shí)測(cè)試:Ch1為輸入波形,Ch2為輸出波形

4)強(qiáng)抗干擾能力,保證激光雷達(dá)的安全可靠

在激光發(fā)射器中,為了快速開關(guān)GaN HEMT,柵極驅(qū)動(dòng)芯片外部的柵極串聯(lián)電阻通常設(shè)置為零;柵極驅(qū)動(dòng)芯片的峰值拉電流和灌電流,會(huì)通過芯片的封裝寄生電感和PCB寄生電感,引起芯片內(nèi)部的VDD和GND產(chǎn)生較大的抖動(dòng),從而可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路工作異常。NSD2017通過優(yōu)化封裝寄生電感,并且在芯片內(nèi)部集成去耦電容,有效地濾除驅(qū)動(dòng)電路抽載產(chǎn)生的高壓毛刺,從而提升了抗噪聲能力。此外,NSD2017具備過溫保護(hù)和欠壓保護(hù)功能,保證激光雷達(dá)安全可靠地工作。

04總結(jié)

GaN HEMT柵極驅(qū)動(dòng)芯片NSD2017具備高開關(guān)頻率、低傳輸延時(shí)、極窄脈寬、低失真、強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾等特性,采用小尺寸車規(guī)級(jí)封裝,能夠助力應(yīng)對(duì)激光雷達(dá)各項(xiàng)應(yīng)用挑戰(zhàn),提升感知能力,確保其安全可靠運(yùn)行。

納芯微電子(簡(jiǎn)稱納芯微,科創(chuàng)板股票代碼688052)是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。自2013年成立以來,公司聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大方向,為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

納芯微以『“感知”“驅(qū)動(dòng)”未來,共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命,致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級(jí)解決方案。

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原文標(biāo)題:GaN HEMT驅(qū)動(dòng)芯片NSD2017助力應(yīng)對(duì)激光雷達(dá)應(yīng)用挑戰(zhàn)

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