漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距（上）

　　而CES2016發(fā)布的來(lái)自Quanergy的“固態(tài)”激光掃描儀S3更是首次引入了全固態(tài)激光掃描儀的概念。讓我們來(lái)通過(guò)Quanergy在CES上的演講和其相關(guān)的專(zhuān)利說(shuō)明來(lái)詳細(xì)探討一下它的創(chuàng)新之處吧。簡(jiǎn)單的說(shuō)，這是一款全“固態(tài)”的激光雷達(dá)，或者稱(chēng)光學(xué)相控陣激光掃描儀。其目標(biāo)量產(chǎn)成本為250美元。首先如下圖一所示，其滿足了激光掃描儀小型化的大趨勢(shì)，整個(gè)尺寸只有90mm x 60mm x 60mm。如圖二的產(chǎn)品工作原理展示中可以看到內(nèi)部機(jī)構(gòu)不存在任何的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。所有的激光探測(cè)水平和垂直視角都是通過(guò)電子方式實(shí)現(xiàn)的。因此其名副其實(shí)的是全“固態(tài)”激光掃描儀產(chǎn)品。

　　↑Quanergy的“固態(tài)”激光掃描儀S3

　　↑Quanergy激光掃描儀S3產(chǎn)品工作原理展示

　　美國(guó)政府影響至今仍在持續(xù)。

　　除了以上對(duì)于激光掃描儀成本優(yōu)化的固態(tài)化趨勢(shì)，DARPA正主導(dǎo)繼續(xù)與加州Berkeley以及麻省理工MIT進(jìn)行下一代頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW 激光掃描儀芯片的開(kāi)發(fā)，將進(jìn)一步降低激光掃描儀的成本。

　　實(shí)際上美軍方DARPA主導(dǎo)的項(xiàng)目小組，以加利福尼亞大學(xué)為核心已經(jīng)基本完成了原型半導(dǎo)體芯片的開(kāi)發(fā)，并且在IEEE國(guó)際電子工程師協(xié)會(huì)上發(fā)布了正式的論文。如果需要從事相關(guān)的激光傳感器開(kāi)發(fā)或者對(duì)激光傳感器小型化感興趣的朋友，可以搜索相關(guān)的論文進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

　　如下是論文原型芯片的示意圖，用來(lái)給感興趣的朋友一個(gè)大概的總覽。下圖一為原型芯片的組成示意圖，包括左上角的MEMS tunable VCSEL微機(jī)械可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器作為發(fā)射源和右上角及下方的兩組光敏二極管作為接收器件。

　　下圖二所示由芯片組成的閉環(huán)可控光學(xué)頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW控制電路。電路顯示由三大類(lèi)的器件組成。該三大類(lèi)的器件分別分布在三種半導(dǎo)體層上。紅色表示的器件為三五價(jià)III-IV半導(dǎo)體層。典型代表為砷化鎵GaAs或者磷化銦InP半導(dǎo)體工藝。三五價(jià)半導(dǎo)體是直接能帶半導(dǎo)體，更夠發(fā)出更強(qiáng)的光，適合制作光學(xué)芯片。

　　因此原型芯片的激光發(fā)射源和光敏二極管接收單元均由該類(lèi)型的半導(dǎo)體完成。藍(lán)色部分硅光電子層Silicon Photonics(又稱(chēng)SiP)，是基于硅基工藝制作的光學(xué)半導(dǎo)體。因此耦合器Coupler和相位測(cè)量干擾儀Interferometer由該半導(dǎo)體層制作。黑色部分為傳統(tǒng)硅基CMOS層，其他傳統(tǒng)的控制單元都有該半導(dǎo)體層制作。下圖三為具體的三種類(lèi)型半導(dǎo)體層的分布情況。

　　↑原型芯片的組成示意圖

　　↑由芯片組成的閉環(huán)可控光學(xué)頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW

　　↑三種類(lèi)型半導(dǎo)體層的分布情況

　　神奇的是，此概念提出一年以后原型樣片真的被做出來(lái)并進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試。其產(chǎn)學(xué)研的扶植力度可見(jiàn)一斑。這也是其深厚技術(shù)積淀的一種體現(xiàn)。

　　↑由麻省理工MIT設(shè)計(jì)的FMCW激光掃描芯片

　　↑該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹