汽車、機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用視覺傳感器來查看環(huán)境并支持智能決策，例如將汽車保持在車道內(nèi)。一種輔助汽車視覺系統(tǒng)的流行技術(shù)稱為LiDAR（光檢測和測距），這是一種基于激光的方法來瞄準(zhǔn)物體，然后測量反射光返回的時(shí)間。當(dāng)光線充足且天氣晴朗時(shí)，攝像頭傳感器可在汽車 1 級(jí)和 2 級(jí)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用中正常工作。但是，一旦出現(xiàn)黑暗、下雪或下雨，您真的會(huì)想要添加一個(gè) LiDAR 系統(tǒng)來更準(zhǔn)確地觀察物體，以便 ADAS 可以更安全地做出決策。

挑戰(zhàn)在于了解激光雷達(dá)市場本身的發(fā)展方向。

用于 ADAS 的 LiDAR 技術(shù)的快速增長

Yole Développement列出了 LiDAR 的五個(gè)細(xì)分市場：ADAS 車輛、機(jī)器人車輛、地形、風(fēng)力和工業(yè)。僅就 ADAS 而言，Yole 預(yù)測用于 ADAS 車輛的 LiDAR 技術(shù)將從 2019 年的僅 1900 萬美元增長到 2025 年驚人的 1.7B 美元，復(fù)合年增長率為 114%。

資料來源：Yole Développement，2020

一些 LiDAR 技術(shù)將用于往往是低成本設(shè)備的短距離應(yīng)用，例如檢測汽車或機(jī)器人的盲點(diǎn)。還需要遠(yuǎn)程 LiDAR 來檢測更遠(yuǎn)距離的汽車物體，例如巖石或水泥障礙物。4 級(jí)和 5 級(jí)的自動(dòng)駕駛汽車將需要這樣做以確保安全。遠(yuǎn)程 LiDAR 的缺點(diǎn)是其成本高于短距離設(shè)備。

多種拓?fù)浜头椒ㄊ乖O(shè)計(jì)決策變得復(fù)雜

在研究 ADAS 的所有類型的傳感器時(shí)，研究公司Guidehouse Insights預(yù)測，到 2030 年，LiDAR 的數(shù)量將增長到 3億臺(tái)。這些數(shù)字包括短程和遠(yuǎn)程 LiDAR 的組合。

資料來源：Guidehouse Insights，2020

在這兩個(gè)類別中，LiDAR 傳感器中使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都沒有一刀切，因?yàn)樾枰紤]多個(gè)因素：測量過程、激光發(fā)射器、光束轉(zhuǎn)向和光電探測器接收器。IDTechEx Research的一項(xiàng)研究列出了在考慮基于 LiDAR 的系統(tǒng)時(shí)有多少技術(shù)方法：

資料來源：IDTechEx 研究

僅在光束控制下，設(shè)計(jì)人員可以考慮四種不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn) LiDAR：機(jī)械掃描、準(zhǔn)固態(tài)（微機(jī)械）、具有光學(xué)相控陣的固態(tài)（混合）和具有 Flash 技術(shù)的純固態(tài)。每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，主要與尺寸、成本和可靠性有關(guān)。例如，機(jī)械系統(tǒng)具有較大的轉(zhuǎn)向角但尺寸較大，而固態(tài)選項(xiàng)較小，沒有移動(dòng)部件。基于閃存的系統(tǒng)成本低且易于集成，但更容易受到通道串?dāng)_的影響。平衡所有這些權(quán)衡需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)。

更復(fù)雜的是，設(shè)計(jì)人員需要在不同的測量方法之間做出決定，如 IDTechEx 研究圖表所示，其中最重要的是兩種方法：

• 飛行時(shí)間 (ToF) – 這種方法使用更簡單的設(shè)計(jì)，經(jīng)過驗(yàn)證且成本更低，但它存在返回信號(hào)弱、噪聲大、干擾大以及需要高帶寬電子設(shè)備的問題。
• 調(diào)頻連續(xù)波 (FMCW) – 這種方法不受環(huán)境噪聲和干擾的影響，但信號(hào)放大、波束控制和成本控制更加困難。

對(duì)即將到來的 LiDAR 公司的巨額投資

所有這些設(shè)計(jì)和實(shí)施激光雷達(dá)系統(tǒng)的各種方法都解釋了為什么該領(lǐng)域有如此多的市場參與者——這使得選擇供應(yīng)商變得更加困難。根據(jù) IDTechEx Research 的數(shù)據(jù)，有 100 多家 LiDAR 技術(shù)供應(yīng)商，以及 100 多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于所有各種方法。

資料來源：IDTechEx 研究

該報(bào)告按以下國家/地區(qū)對(duì) LiDAR 供應(yīng)商進(jìn)行排名：美國、中國、日本、德國、其他歐洲、韓國、加拿大、英國、以色列（來源：IDTechEx Research）。雖然創(chuàng)新在世界范圍內(nèi)廣泛存在，但您可以期待在未來幾年這些供應(yīng)商和 LiDAR 方法之間會(huì)出現(xiàn)一些整合。

Microchip 可以為任何具有關(guān)鍵組件的方法做出貢獻(xiàn)

無論您采用哪種 LiDAR 技術(shù)，Microchip 都可以通過提供多個(gè)用于LiDAR系統(tǒng)內(nèi)部的重要組件來幫助您進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

與自動(dòng)駕駛相關(guān)的關(guān)鍵問題之一是確保來自傳感器的數(shù)據(jù)的完整性。Microchip的CryptoAutomotive? 安全設(shè)備有助于保護(hù)系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，并支持對(duì)來自傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行身份驗(yàn)證。

現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 位于 LiDAR 傳感器的核心。所述PolarFire?的FPGA基于和RISC-V PolarFire的SoC的FPGA理想地適合于本申請中，當(dāng)?shù)凸模瑔瘟Ｗ臃D(zhuǎn)（SEU）免疫和小外形是關(guān)鍵的要求。

雖然基于石英的振蕩器已成為近 100 年的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)都包含微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 振蕩器。MEMS 器件提供更高的機(jī)械沖擊額定值，更可靠，提供更高的溫度穩(wěn)定性，并且實(shí)際上可以在現(xiàn)場進(jìn)行編程。

LiDAR 傳感器和汽車微控制器之間的電氣連接通過以太網(wǎng)組件提供服務(wù)。Microchip 產(chǎn)品通過了 AEC-Q100 認(rèn)證并針對(duì)高速吞吐量進(jìn)行了優(yōu)化，這是安全 ADAS 應(yīng)用所必需的。

在惡劣的汽車環(huán)境中分配清潔電源是通過電源管理 IC 實(shí)現(xiàn)的，例如 Microchip 的 PWM 控制器、開關(guān)穩(wěn)壓器、電荷泵 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、CPU/系統(tǒng)監(jiān)控器、功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器和低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器.

概括

由于 ADAS 要求的復(fù)雜性，LiDAR 市場無疑是當(dāng)今增長最快的產(chǎn)品領(lǐng)域之一。這就是為什么世界各地涌現(xiàn)出如此多的供應(yīng)商和方法的原因。汽車設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將不得不在多種方法之間導(dǎo)航，以提出滿足尺寸和成本指標(biāo)的最佳解決方案。隨著單位數(shù)量的增加以及實(shí)施競爭的成熟，成本將繼續(xù)呈下降趨勢，從而使更多車輛能夠使用 LiDAR。