在自动驾驶领域，传感器硬件是智能驾驶算法的基础。种类繁多、功能各异的传感器，让新的电动汽车制造商大展身手。除光学相机外，常用的传感器还包括：LiDAR（LiDAR）、雷达（毫米波雷达）、超声波传感器（超声波雷达）和合成孔径雷达。激光雷达和雷达在自动驾驶场景中得到了广泛的应用，业界对两者的优劣的讨论越来越多。大多数汽车 OEM 使用 LiDAR 作为他们的首选传感器设备。然而，这些基于激光雷达的传感器系统通常价格昂贵，因此人们正在寻找更便宜的替代品，例如雷达——问题是，这些替代品能否完全取代激光雷达以满足汽车制造商的需求？接下来，我们将分析LiDAR和RADAR的特性。
LiDAR全称Light Detection and Ranging，是一种用于检测物体表面、尺寸及准确位置朝向的技术。LiDAR在市场上的出现时间要晚于Radar和SONAR（声呐），它用激光脉冲扫描环境，而非无线电波或声波。美国军方和NASA早在40多年前就发明了该技术并用于太空测距，而它直到1995年才首次用于商业用途。LiDAR采用激光照射对象物并被反射后通过计算激光返回所需时间来判定距离。在ADAS和AD系统中通常用于感测周围物体，并与摄像头、Radar、LiDAR、Sonar等组合使用。LiDAR有几种光轴可变方法（表1）。类型 | 扫描方法 |
机械方式 |
马达 旋转 | 旋转多个LD和PD并扫描整个圆周。 |
多角镜 | 通过多角镜改变单个LD、PD的光轴并进行扫描。 |
非机械方式（固态） |
MEMS 反射镜 | 通过MEMS反射镜改变单个LD、PD的光轴并进行扫描。 |
相位 阵列 | 通过波导路改变单个LD、PD的光轴并进行扫描。 |
闪光 | 广范围照射LED等光源，并通过PD阵列一次性扫描反射光。 |
▪ 距离测量
激光脉冲从激光二极管照射，光电二极管接收来自物体的反射光。与物体的距离是根据从照射到接收光的时间来测量的。
▪ 物体识别
使用激光脉冲的方向和距离创建点云图像。此图像用于识别人、物体等的类型。点云是表示对象位置的点的集合。▪ 识别障碍物
根据获取的点云图像识别障碍物。
▪ 创建动态地图
组合点云数据和三维地图数据，创建数据作为自动驾驶所需的动态地图的基础 。
▪ 把握/修正自身车辆位置
根据动态地图把握自身车辆的行驶位置和周围的障碍物等，并修正为正常的行驶位置。随着自动驾驶汽车数量的增加和自动驾驶水平的提高，LiDAR的安装数量预计将增加。随着自动驾驶的提高，对更高性能的激光雷达感知功能也相应有需求。未来，构成激光雷达的电子元件的功能和性能将被要求为“更高的功率”、“更高的通信速度”和“小型化/轻量化”，并且必须满足以下条件：▪ 高功率化
为了提高障碍物识别的精度，采集的点云必须更加详细。如果由于分辨率的提高而处理的数据量增加，那么主CPU等半导体的功耗也会增加，因此更高的功耗是必不可少的。
▪ 通信高速化
随着数据量的增加，对高频、高速的传输和处理能力提出了更高的要求。
▪ 小型化／轻量化
LiDAR系统由下述零部件构成，下图示出系统配置。
▪ 激光二极管:高速通过脉冲状的电流，照射具有相同波长和相位的脉冲状的激光。
▪ 光电二极管: 发挥着将光转换成电信号的作用。电流和电压是由于受光而产生的。在光电二极管受光电路置入放大器，令输出电压放大。
▪ FPGA: 即使在置入产品后也可以改写电路以设定任意逻辑电路配置的集成电路。
▪ MCU（微型计算机）: 向外部ECU发出控制指令。
▪ 收发器: 用来与外部进行通信的元器件或者电路。
▪ 存储器（DDR): 作为数据处理时的缓存使用。
▪ 存储器（闪存）: 保存控制软件或传感器数据。
▪ DC/DC转换器: 将电池提供的电压转换为每个电子零部件或电路所需的电压。
DC/DC转换器电路中，为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑，通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器，为了进行电压转换，通常使用车载用功率电感器，为了进行电压测量，通常使用芯片电阻器（高精度芯片电阻器）。
图2 在DC/DC转换器中使用的零部件
如下图中所示，在收发器电路中使用两根线与外部设备（CAN、Ethernet等）进行通信。这里必须注意的是静电和噪声。这是因为如果静电或噪声从通信线路进入，在最坏的情况下会导致电子零部件的故障。通常由用于静电预防措施的片式压敏电阻器和ESD抑制器构成。图3 在收发器IF上使用的零部件
3、光电二极管受光电路
光电二极管输出与入射的光强度成比例的电流。由于激光反射光较弱，必须使用放大器电路来放大信号。要实现高精度的放大器电路，需要高精度的芯片电阻器和对于因温度而引起的特性变化予以补偿的热敏电阻器。
图4 在光电二极管受光电路中使用的零部件
4、激光二极管照射电路
照射电路非常简单，由激光二极管、FET（GaN）和栅极电阻器构成。为了进行高速、大电流的脉冲照射，需要高精度地进行FET（GaN）的ON/OFF。此外，抑制ON/OFF时的噪声也很重要，需要使用支持高功率的栅极电阻器。图5 在激光二极管照射电路中使用的零部件
小结
随着自动驾驶汽车数量的增加和自动驾驶水平的提高，预计LiDAR将会增加。随着自动驾驶水平的提高，对感测功能提出了更高的高性能化要求。汽车上安装的以LiDAR为首的传感器元器件数量可能会增加，但不会减少。对于在此类元器件及其外围电路中使用的电子零部件，无疑 会提出“低损耗”、“大电流”、“高频”和“小型化”的要求。
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