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思瑞浦发布车载激光雷达VCSEL驱动技术白皮书,详解高电压快响应驱动芯片设计要点
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思瑞浦发布车载激光雷达 VCSEL 驱动技术白皮书,系统阐述发射端驱动芯片在纯固态激光雷达中的关键技术要求。当前车载 LiDAR 正向纯固态 2-D 可寻址 VCSEL 阵列演进,对多通道集成、高峰值电流、纳秒级脉冲边沿及人眼安全提出更高要求。白皮书指出,dToF 测距需在精确时刻注入高峰值、窄脉宽、快边沿电流脉冲。为满足性能与安全约束,驱动芯片需具备 60V – 80V 耐压能力。该电压预算源于多结 VCSEL(如六结至十结)串联压降、寄生电感引起的感性压降(V=L · di/dt)以及维持 1ns 级上升时间的需求。每增加 1ns 边沿时间,测距误差约增大 15cm。针对数十安培瞬时电流输出,采用 " 高边充电 + 低边脉冲 " 架构:高边电路预先将能量存储于本地电容,低边开关在发射瞬间释放,实现慢速充电与快速脉冲解耦。系统包含 Boost 升压、高边充电 IC、储能电容阵列和低边脉冲 IC 四部分。充电拓扑可选恒流或谐振方式,前者时序确定、EMC 表现好,后者效率更高但结构复杂。封装设计直接影响回路寄生电感,低寄生对抑制关断过冲至关重要。2-DVCSEL 面阵通过电子寻址逐区点亮,提升光子利用率、降低热负载,并省去机械扫描部件。该架构支持高反区域的区域级功率控制,通过单独调低强反射目标对应区域的驱动电流或发光单元数量,从源头抑制接收端饱和与像素溢出。行列寻址与双寄存器乒乓机制有效减少控制线数量并实现参数无缝切换。系统还可通过大小波交替策略兼顾远近目标探测。快速关断虽可缩短脉宽,但会引发两类问题:一是电感振铃导致 VCSEL 二次正偏,产生虚假回波;二是关断瞬间因负向 di/dt 产生高压尖峰,实测可达 110V,威胁器件可靠性并可能反偏 VCSEL。应对措施包括优化布局降低寄生电感、控制过冲在 80V 以内,并采用可编程斜率与续流钳位技术。人眼安全方面,VCSEL 单脉冲能量远超 IEC60825-1Class1 限值,依赖极低占空比(

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