適用于激光雷達(dá)發(fā)射端的GaN FET驅(qū)動(dòng)器——HD1001

光探測(cè)和測(cè)距(Light detection and ranging)，簡(jiǎn)稱LiDAR，也就是激光雷達(dá)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車、工業(yè)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和3D繪圖等終端市場(chǎng)中。車規(guī)級(jí)、可量產(chǎn)、低成本的固態(tài)激光雷達(dá)是激光雷達(dá)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

激光雷達(dá)發(fā)射端所發(fā)射的脈沖激光最重要的參數(shù)是脈沖寬度與功率。脈沖激光的脈寬越短、功率越高，則激光雷達(dá)的探測(cè)能力越強(qiáng)，分辨率越高。

脈沖激光脈寬越短，單位時(shí)間內(nèi)能夠被激光雷達(dá)有效接收并處理的脈沖激光數(shù)就越多，所得到的3D影像的分辨率就越高。圖中上半部分，由于是窄脈沖，每一次反射都能被接收并處理；下半部分，由于寬脈沖間互相重疊難以區(qū)分使得激光雷達(dá)分辨率降低。

激光雷達(dá)通過(guò)感應(yīng)脈沖發(fā)射并返回所需的時(shí)間來(lái)測(cè)量物體的距離，從而創(chuàng)建 3D 圖像。由于光速約為0.3 m/ns，系統(tǒng)中每納秒的誤差會(huì)導(dǎo)致距離測(cè)量產(chǎn)生0.3m的誤差。車輛在高速公路上行駛時(shí)，為了確定附近的物體是否會(huì)對(duì)車輛構(gòu)成威脅，激光雷達(dá)需要具有足夠的分辨率，這要求驅(qū)動(dòng)電路的電流必須在大約1ns內(nèi)上升到其峰值，延遲時(shí)間，切換時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間等盡可能的低，并且需要以極高的精度重復(fù)產(chǎn)生這一脈沖激光。GaN FET由于其作為激光二極管開關(guān)器件具有高功率及高功率密度的優(yōu)點(diǎn)使其成為車載固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)選。但是也因?yàn)镚aN FET對(duì)寄生參數(shù)的敏感、高頻條件下柵極電壓易產(chǎn)生振蕩等原因，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有著很高的要求。

典型激光雷達(dá)應(yīng)用參考設(shè)計(jì)的框圖如上圖所示，經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制與緩沖的輸入信號(hào)給到驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)GaN FET并輸出納秒級(jí)別寬度的脈沖，關(guān)鍵的器件包括緩沖器、柵極驅(qū)動(dòng)器、GaN FET以及激光二極管，高頻條件下工作的驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)GaN FET產(chǎn)生多個(gè)用于探測(cè)連續(xù)脈沖激光。發(fā)射端通常使用低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，HD1001型超高速GaN FET驅(qū)動(dòng)器十分適合應(yīng)用與驅(qū)動(dòng)激光雷達(dá)發(fā)射端中的GaN FET，能夠驅(qū)動(dòng)GaN FET產(chǎn)生脈沖寬度小于2ns、功率超過(guò)100 W的脈沖激光，因此非常適合激光雷達(dá)應(yīng)用。

乾鴻微HD1001型超高速GaN FET驅(qū)動(dòng)器具有快速開關(guān)頻率、低延遲、窄脈寬、低失真以及驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特性，快速開關(guān)頻率提升了探測(cè)距離與精度；低延遲改善了控制環(huán)路響應(yīng)時(shí)間；驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)則減少了對(duì)激光器功率的限制，提升了設(shè)計(jì)靈活性。此外HD1001具有欠壓鎖定(UVLO)和過(guò)溫保護(hù)(OTP)，以確保設(shè)備在意外故障情況下的安全性；采用2*2mm小尺寸緊湊封裝，有助于減小寄生電感，縮減激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)尺寸。

以上產(chǎn)品應(yīng)用圖IN+和IN-引腳處有兩個(gè)施密特觸發(fā)器以降低輸入極對(duì)噪聲的敏感性，兩個(gè)輸出端OUH與OUTL可以使用獨(dú)立電阻連接至柵極，用戶可通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)電阻來(lái)控制開啟與關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)能力以控制柵極信號(hào)的振鈴。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，柵極驅(qū)動(dòng)器與GaN FET之間距離要盡可能短，柵極回路也要盡可能小，以避免振鈴產(chǎn)生；如果振鈴不可避免，則應(yīng)選擇使振鈴最小的柵極電阻。HD1001的VDD腳應(yīng)接一0.1uF~1uF的旁路電容用于濾波，走線要寬并盡可能貼近HD1001。除應(yīng)用于車載激光雷達(dá)的發(fā)射端之外，HD1001型超高速GaN FET驅(qū)動(dòng)器也可以用于以下領(lǐng)域：

面部識(shí)別

E 類無(wú)線充電器

VHF 諧振電源轉(zhuǎn)換器

基于 GaN 的同步整流器

擴(kuò)增實(shí)境（AR）