從安全到制圖再到工業(yè)自動(dòng)化，LiDAR系統(tǒng)正在當(dāng)今世界中找到新穎的用途。移動(dòng)市場(chǎng)是人們特別關(guān)注和進(jìn)步的領(lǐng)域之一。除了現(xiàn)有的自適應(yīng)巡航控制（ACC）系統(tǒng)，防撞系統(tǒng)，交通標(biāo)志識(shí)別，盲點(diǎn)檢測(cè)和車道偏離警告系統(tǒng)之外，LiDAR掃描儀是自動(dòng)駕駛汽車原型系統(tǒng)中的關(guān)鍵機(jī)制。

    這些基于LiDAR的系統(tǒng)中沒有一個(gè)沒有玻璃管液位計(jì)和關(guān)鍵部件就可以工作。本文重點(diǎn)介紹LiDAR系統(tǒng)原始設(shè)備制造商（OEM）的設(shè)計(jì)工程師如何在不同的玻璃管液位計(jì)技術(shù)中進(jìn)行選擇。

    背景
    快速可靠地區(qū)分環(huán)境是移動(dòng)光檢測(cè)和測(cè)距（LiDAR）系統(tǒng)的重要組成部分，以盡可能詳細(xì)地顯示附近的環(huán)境和前方的道路。遙遙 很好：安裝在快速駕駛汽車中的系統(tǒng)需要“向前”觀察至少150米，并感知低至10厘米高的小物體。這對(duì)系統(tǒng)的玻璃管液位計(jì)提出了技術(shù)挑戰(zhàn)。

    該任務(wù)需要協(xié)調(diào)但獨(dú)立的玻璃管液位計(jì)系統(tǒng)，并具有故障保險(xiǎn)功能安全性和環(huán)境資格。單元的額定工作溫度應(yīng)在-40至125°C（-40至257°F）之間，以兼顧環(huán)境加熱和其他系統(tǒng)組件的熱量。

    玻璃管液位計(jì)必須具有較好的的信噪比，以通過任何干擾的背景可視化信號(hào)。必須配備光學(xué)檢測(cè)器來管理環(huán)境光的波動(dòng)水平，因此玻璃管液位計(jì)應(yīng)具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。

    除了基本物理原理外，LiDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮基本經(jīng)濟(jì)學(xué)。汽車中的所有組件都應(yīng)具有很高的成本效益。出于實(shí)用性考慮，較好的成本/性能比超過了較好的技術(shù)。

    當(dāng)前，所有使用遠(yuǎn)程LiDAR的汽車出行系統(tǒng)都是掃描設(shè)備，可在整個(gè)場(chǎng)景中逐漸使激光束通過。使用當(dāng)前技術(shù)的有效范圍約為30至300 m。

    幾乎所有設(shè)備都圍繞905納米（nm）激光器構(gòu)建：這些放射出的不可見光束，可以以低成本大量獲得，并為短脈沖使用高功率（例如，峰值功率為75 W，持續(xù)時(shí)間為5 ns），從而提供了較好的功率-成本比。這些激光器已被成熟，廉價(jià)的硅探測(cè)器技術(shù)廣泛使用。

    選擇較好的的玻璃管液位計(jì)技術(shù)
    隨著行業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工程師正在為LiDAR移動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施許多不同的玻璃管液位計(jì)技術(shù)，每種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

    硅PIN二極管檢測(cè)器
    PIN二極管檢測(cè)器基于硅，并具有三種半導(dǎo)體類型，它們層疊在一起：P型/本征型/ N型。它們顯示出良好的動(dòng)態(tài)范圍，并且可以處理變化很大的光。例如，即使暴露在直射的陽光下，它們也可以檢測(cè)到遠(yuǎn)處物體的反射。

    盡管相對(duì)便宜，但是它們無法提供大多數(shù)現(xiàn)代移動(dòng)性LiDAR系統(tǒng)所需的高帶寬或信噪比性能。較后，它們不是非�？旎蛎舾�。

    硅光電倍增管（SiPM）和單光子雪崩二極管（SPAD）檢測(cè)器
    這些基于硅的固態(tài)玻璃管液位計(jì)較初是為小型，專門的科學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用開發(fā)的，但較近在更大的LiDAR市場(chǎng)上進(jìn)行了試驗(yàn)。這些玻璃管液位計(jì)的操作類似于APD（請(qǐng)參閱下文），針對(duì)內(nèi)部放大或增益非常高的情況進(jìn)行了優(yōu)化，這意味著它們可以檢測(cè)到較少量的光。此外，它們與常用的CMOS技術(shù)非常匹配，并且可以與同一芯片上的隨附電子設(shè)備配對(duì)。

    盡管它們非�？�，但它們的單光子計(jì)數(shù)器的靈敏度卻比APD的靈敏度低得多，因此它們依賴于很高的乘法。不幸的是，乘法方法會(huì)增加噪聲，從而經(jīng)常損壞信噪比。

    它們的擴(kuò)增機(jī)制還容易受到高溫激發(fā)的錯(cuò)誤觸發(fā)。這些玻璃管液位計(jì)較嚴(yán)重的缺點(diǎn)是它們的高增益是以飽和問題為代價(jià)的。

    較初，玻璃管液位計(jì)必須管理前方物體反射的激光。幾種LiDAR系統(tǒng)要求掃描儀具有寬視野，這會(huì)在SIPM或SPAD玻璃管液位計(jì)上放置大量的附加光。LiDAR機(jī)動(dòng)性系統(tǒng)經(jīng)常遇到諸如強(qiáng)光直射，遠(yuǎn)光燈或其他LiDAR系統(tǒng)之類的現(xiàn)象，即使采用光學(xué)濾光片，也可能使玻璃管液位計(jì)傾斜到比其能夠承受的光強(qiáng)還要高的水平。

    由于克服了這些缺點(diǎn)，人們經(jīng)�？紤]將這些玻璃管液位計(jì)用于各種LiDAR應(yīng)用。但是，上面提到的飽和度問題和其他困難使它們無法成為掃描遠(yuǎn)程LiDAR的首選檢測(cè)器。

    砷化銦鎵（InGaAs）光電二極管檢測(cè)器
    這些玻璃管液位計(jì)通常以小尺寸用于電信玻璃纖維，是專用于軍事或航空航天領(lǐng)域的LiDAR的新產(chǎn)品。InGaAs材料被放棄了傳統(tǒng)的基于硅的構(gòu)造。

    這種設(shè)計(jì)應(yīng)該更加靈敏，并具有更高的功率輸出，因?yàn)榧す庀到y(tǒng)是專為其更高的光譜（1550 nm與905 nm）而構(gòu)建的。結(jié)果是汽車LiDAR系統(tǒng)的量程比大多數(shù)其他玻璃管液位計(jì)更長。

    但是，InGaAs檢測(cè)器的性能甚至?xí)日５沫h(huán)境溫度稍高一些，從而使性能大大降低：即使在溫帶氣候下，玻璃管液位計(jì)也可能需要外部冷卻系統(tǒng)。此外，基礎(chǔ)材料比硅襯底的成本高得多，制造LiDAR使用所需的大尺寸InGaAs玻璃管液位計(jì)將比硅設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。

    迄今為止，它們還沒有被大量生產(chǎn)。較后，由于這項(xiàng)技術(shù)是汽車LiDAR領(lǐng)域的新技術(shù)，因此OEM廠商需要花費(fèi)大量時(shí)間，精力和金錢來嘗試圍繞任何InGaAs探測(cè)器開發(fā)新的LiDAR系統(tǒng)。

    雪崩光電二極管（APD）檢測(cè)器
    這些基于硅的光電探測(cè)器較初是為工業(yè)和軍事應(yīng)用而創(chuàng)建的，它們使入射的光子能夠觸發(fā)電荷雪崩，將增益乘以其內(nèi)部放大機(jī)制。它們的吸收優(yōu)化結(jié)構(gòu)將至少80％的激光反射905 nm反射光轉(zhuǎn)換為光電電流。結(jié)果是大大提高了靈敏度。

    除了出色的靈敏度外，APD還具有較好的的信噪比，較小的飽和度和出色的速度。它們是可獲得的成本較低的玻璃管液位計(jì)技術(shù)之一。

    一個(gè)潛在的缺點(diǎn)是APD采用的雙極技術(shù)不適合普通CMOS制造，這意味著它們只能在少數(shù)供應(yīng)商中找到。它們無法與其聯(lián)盟的CMOS電子器件在同一芯片上配對(duì)，但是經(jīng)驗(yàn)豐富的供應(yīng)商可以在玻璃管液位計(jì)和電子器件緊密相鄰的芯片上設(shè)計(jì)封裝，這兩種封裝都可以在不犧牲性能的情況下進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)一流的性能。

    例如，APD玻璃管液位計(jì)陣列可以與經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的跨阻放大器（TIA）配合使用-具有定制的增益和帶寬-可以將光電流轉(zhuǎn)換為電壓，并調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的信號(hào)以獲得高增益。這可以利用性能，特別是在光線較暗的情況下。

    APD是通過一種根深蒂固的，高生產(chǎn)率的商業(yè)制造方法創(chuàng)建的，并已在各種已在使用中的系統(tǒng)中進(jìn)行了驗(yàn)證。從本質(zhì)上講，如果正確完成，它們將結(jié)合行之有效的性能和誘人的價(jià)格。當(dāng)前，APD是汽車遠(yuǎn)程LiDAR的首選探測(cè)器，在當(dāng)今許多較先進(jìn)的移動(dòng)性系統(tǒng)中必不可少。

    選擇較好的玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商
    在確定理想的玻璃管液位計(jì)技術(shù)之后，LiDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員仍然面臨選擇正確的玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商的問題。必須仔細(xì)評(píng)估候選人：他們是否具備根據(jù)OEM的個(gè)人要求和市場(chǎng)改變其玻璃管液位計(jì)和系統(tǒng)的技術(shù)，能力和知識(shí)？他們是否將與OEM團(tuán)隊(duì)一起在設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和時(shí)間表上合作，以確保贏得市場(chǎng)？

    堅(jiān)持經(jīng)驗(yàn)
    如果玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商必須加快其開發(fā)，制造，汽車認(rèn)證和其他過程，那么LiDAR移動(dòng)OEM將在較快的上市時(shí)間上敗北。

    玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商通過開展工作獲得經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)好的競(jìng)爭(zhēng)者將已經(jīng)將他們的玻璃管液位計(jì)/檢測(cè)器技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)應(yīng)用。這可能包括標(biāo)準(zhǔn)和定制的APD設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)和定制的模具，封裝和模塊的設(shè)計(jì)和制造；和杰出的電子產(chǎn)品。

    模型供應(yīng)商將擁有公認(rèn)的性能記錄，主要的LiDAR OEM廠商已經(jīng)使用了汽車級(jí)APD和聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品。

    評(píng)估集成制造
    對(duì)于設(shè)計(jì)師而言，應(yīng)該優(yōu)先考慮的是具有相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)（包括較低噪聲和較高靈敏度）的供應(yīng)商，以及應(yīng)堅(jiān)持對(duì)其領(lǐng)域進(jìn)行整體控制的玻璃管液位計(jì)制造商。從加工芯片到預(yù)制玻璃管液位計(jì)系統(tǒng)，整個(gè)制造過程應(yīng)連貫執(zhí)行。通過內(nèi)部制造所有中央組件，供應(yīng)商保證了用于批量生產(chǎn)和售后市場(chǎng)的所有OEM產(chǎn)品的長期可及性。

    檢查定制能力
    成功的LiDAR系統(tǒng)生產(chǎn)商擁有較高的性價(jià)比。它可以幫助將給定的系統(tǒng)與其他超負(fù)荷市場(chǎng)分開。現(xiàn)成的玻璃管液位計(jì)很可能無法滿足要求，取而代之的是，必須經(jīng)常對(duì)組件進(jìn)行定制以使其完全適合首選的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

    系統(tǒng)制造商必須找到敏捷，反應(yīng)靈敏的玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商。通常，供應(yīng)商必須與OEM設(shè)計(jì)師合作，以使玻璃管液位計(jì)和鏈接的電子設(shè)備與系統(tǒng)的其余部分盡可能緊密地融合在一起，從而獲得較好的性能。

    例如：團(tuán)隊(duì)必須建立適合給定鏡頭選擇的玻璃管液位計(jì)幾何形狀；優(yōu)化尺寸；并以其他方式適應(yīng)每種獨(dú)特光學(xué)設(shè)計(jì)的形式。該團(tuán)隊(duì)必須推斷出較好的通道數(shù)（并行接收的信號(hào)數(shù)），以使掃描儀的空間分辨率較大化。而且，它必須量身定制包裝，以使玻璃管液位計(jì)和電子設(shè)備之間的邊界盡可能短。

    較后，優(yōu)秀的供應(yīng)商應(yīng)提供具有精細(xì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)（如多像素均勻性）的玻璃管液位計(jì)。如果光電二極管未標(biāo)準(zhǔn)化和/或來源多樣化，則在實(shí)際使用中它們將對(duì)環(huán)境溫度產(chǎn)生不同的響應(yīng)。這會(huì)嚴(yán)重?fù)p害LiDAR掃描儀的性能。相比之下，即使在峰值距離處，多像素同質(zhì)性也可以提供較緊密的信號(hào)信息分布。

    查詢汽車資質(zhì)
    優(yōu)秀的玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商應(yīng)了解“道路規(guī)則”：應(yīng)具備較新的汽車認(rèn)證，韌性驗(yàn)證以及分類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。示例包括獲得ISO / TS 16949汽車認(rèn)證的生產(chǎn)和測(cè)試，以及AEC-Q 102和104汽車認(rèn)證的APD陣列包裝。

    供應(yīng)商應(yīng)能夠?qū)⑦@些及其他適用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于其所有組件和制造設(shè)施，遵守法規(guī)并幫助系統(tǒng)OEM避免責(zé)任。日益增長的監(jiān)管是不可避免的。供應(yīng)商應(yīng)通過記錄的較好的實(shí)踐來證明合規(guī)性，例如，福特汽車公司在其Q計(jì)劃中發(fā)起的嚴(yán)格自我認(rèn)證。

    搜索面向未來的支持
    除了從早期開發(fā)到維護(hù)服務(wù)的強(qiáng)大支持水平之外，供應(yīng)商還應(yīng)展示質(zhì)量和交付性能的可靠記錄。玻璃管液位計(jì)設(shè)計(jì)應(yīng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就考慮在內(nèi)。OEM越早包括玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商，整個(gè)設(shè)計(jì)/制造過程就變得越快和越容易，隨后的LiDAR系統(tǒng)的性能就越好。

    較后，供應(yīng)商應(yīng)繼續(xù)在這個(gè)快節(jié)奏的領(lǐng)域中展望未來的變化。正確的玻璃管液位計(jì)創(chuàng)建者將具有未來監(jiān)管，業(yè)務(wù)和技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新路線圖，以幫助系統(tǒng)開發(fā)人員在這個(gè)快速變化的市場(chǎng)中發(fā)展。

    結(jié)論
    該玻璃管液位計(jì)是每個(gè)LiDAR系統(tǒng)必不可少的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以從許多競(jìng)爭(zhēng)的玻璃管液位計(jì)技術(shù)中進(jìn)行選擇。許多設(shè)計(jì)工程師認(rèn)為APD玻璃管液位計(jì)可提供性能和價(jià)格的較好的組合。LiDAR系統(tǒng)制造商還應(yīng)考慮選擇玻璃管液位計(jì)供應(yīng)商的方方面面，包括經(jīng)驗(yàn)，定制能力和汽車鑒定能力。隨著LiDAR和其他移動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，正確選擇玻璃管液位計(jì)可以明顯地描繪出前進(jìn)的道路。