汽車LiDAR系統(tǒng)智慧之眼——探測器該怎么選？

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

　　各種探測器技術對比

　　InGaAs(銦鎵砷)光電二極管探測器

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

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

　　然而，即使面對幾乎可以忽略地高于正常環(huán)境的溫度，InGaAs探測器的性能也會顯著降低。因此，即使在溫和氣候下，這類探測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，其基礎材料成本更高。而且，用于LiDAR系統(tǒng)的大尺寸InGaAs探測器，其制造將比硅設計復雜得多。到目前為止，還無法實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)。

　　最后，由于這項技術對于汽車LiDAR領域來說是一項新技術，當試圖圍繞InGaAs探測器構建創(chuàng)新的LiDAR系統(tǒng)時，OEM必須為花費更大的精力、時間和成本而做好準備。

　　雪崩光電二極管(APD)探測器

　　這類硅基光電探測器主要用于工業(yè)和軍事應用。它們的運行原理是通過允許進入的光子促發(fā)電荷雪崩，然后通過其內(nèi)部放大機制倍增增益。通過吸收優(yōu)化的結構，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。它們也是市場上成本最低的探測器技術之一。

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

　　不過，探測器和電子器件的封裝，可以由經(jīng)驗豐富的供應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，以獲得最高性能。例如，專門設計的跨阻抗放大器(TIA)具有定制的增益和帶寬，可用于APD探測器陣列的補充(將光電流轉(zhuǎn)換為電壓，并調(diào)節(jié)進入系統(tǒng)的信號以提高增益)。這可以改善器件性能，尤其是在低光照條件下。

　　APD采用標準的、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，當以適當?shù)姆绞竭\行時，它們結合了有目共睹的性能和極具吸引力的成本優(yōu)勢。目前，APD是汽車遠距離LiDAR系統(tǒng)的首選探測器，是幾款現(xiàn)有最復雜自動駕駛系統(tǒng)的關鍵組件。

　　雪崩光電二極管(APD)探測器