LiDAR 市場正在快速增長、分散且充滿希望

汽車、機器人和物聯(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物體，然后測量反射光返回的時間。當光線充足且天氣晴朗時，攝像頭傳感器可在汽車 1 級和 2 級高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用中正常工作。但是，一旦出現(xiàn)黑暗、下雪或下雨，您真的會想要添加一個 LiDAR 系統(tǒng)來更準確地觀察物體，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 的五個細分市場：ADAS 車輛、機器人車輛、地形、風力和工業(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，例如檢測汽車或機器人的盲點。還需要遠程 LiDAR 來檢測更遠距離的汽車物體，例如巖石或水泥障礙物。4 級和 5 級的自動駕駛汽車將需要這樣做以確保安全。遠程 LiDAR 的缺點是其成本高于短距離設(shè)備。

多種拓撲和方法使設(shè)計決策變得復(fù)雜

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

資料來源：Guidehouse Insights，2020

在這兩個類別中，LiDAR 傳感器中使用的拓撲結(jié)構(gòu)都沒有一刀切，因為需要考慮多個因素：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的一項研究列出了在考慮基于 LiDAR 的系統(tǒng)時有多少技術(shù)方法：

資料來源：IDTechEx 研究

僅在光束控制下，設(shè)計人員可以考慮四種不同的技術(shù)來實現(xiàn) LiDAR：機械掃描、準固態(tài)（微機械）、具有光學相控陣的固態(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，主要與尺寸、成本和可靠性有關(guān)。例如，機械系統(tǒng)具有較大的轉(zhuǎn)向角但尺寸較大，而固態(tài)選項較小，沒有移動部件?；陂W存的系統(tǒng)成本低且易于集成，但更容易受到通道串擾的影響。平衡所有這些權(quán)衡需要時間和經(jīng)驗。

更復(fù)雜的是，設(shè)計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：

• 飛行時間 (ToF) – 這種方法使用更簡單的設(shè)計，經(jīng)過驗證且成本更低，但它存在返回信號弱、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，但信號放大、波束控制和成本控制更加困難。

對即將到來的 LiDAR 公司的巨額投資

所有這些設(shè)計和實施激光雷達系統(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 多個研發(fā)團隊致力于所有各種方法。

資料來源：IDTechEx 研究

該報告按以下國家/地區(qū)對 LiDAR 供應(yīng)商進行排名：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

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

與自動駕駛相關(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)備有助于保護系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，并支持對來自傳感器的數(shù)據(jù)進行身份驗證。

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?shù)凸?，單粒子翻轉(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)標準，但現(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)都包含微機電系統(tǒng)(MEMS) 振蕩器。MEMS 器件提供更高的機械沖擊額定值，更可靠，提供更高的溫度穩(wěn)定性，并且實際上可以在現(xiàn)場進行編程。

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 認證并針對高速吞吐量進行了優(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)計團隊將不得不在多種方法之間導航，以提出滿足尺寸和成本指標的最佳解決方案。隨著單位數(shù)量的增加以及實施競爭的成熟，成本將繼續(xù)呈下降趨勢，從而使更多車輛能夠使用 LiDAR。