氮化镓（GaN）功率器件正逐渐成为LiDAR传感器的核心模块之一，这得益于其具有超快的开关速度和较低的寄生效应。这些特性使得氮化镓功率器件能够在高总线电压和窄脉冲宽度的情况下实现高峰值电流。

为了迎接自动驾驶汽车的未来，汽车系统中必须采用更先进的传感器。在用于检测自动驾驶汽车周围物体的众多传感器中，激光雷达（LiDAR）是应用较为广泛的一种。它通过激光发射光线，并测量场景中的反射光，有点类似于基于光的雷达。汽车的车载计算机可以利用这些数据来判断汽车与周围环境的关系，以及道路上其他车辆和物体的存在情况。

LiDAR传感器必须基于一个非常快速的开关，该开关为激光二极管产生电压脉冲。电压持续时间可能只有几纳秒。LiDAR的脉冲频率通常能够达到500kHz到1MHz。因此，需要一种上升和下降时间都非常短的功率开关器件。氮化镓功率高电子迁移率晶体管（HEMT）技术往往具有非常快的开启和关闭速度，以及较高的脉冲电流能力。LiDAR传感器非常适用于这些功率处理需求。

这些氮化镓功率场效应晶体管必须与栅极驱动器搭配使用，以驱动它们工作。例如，德州仪器(TI)的LMG1020是一款低边驱动器，设计用于控制氮化镓场效应晶体管和逻辑MOSFET，适用于高速系统，包括LiDAR和用于面部识别等其他ToF传感器。它们也适用于几乎所有需要低边驱动器的功率转换器。

下图展示了氮化镓功率场效应晶体管和栅极驱动器集成电路如何融入LiDAR传感器中。参考设计包括一个低边氮化镓栅极驱动器，它能够以一种在短传播延迟的情况下，以超过100瓦的功率输出0.5纳秒激光光脉冲的方式，来驱动氮化镓功率场效应晶体管。

LiDAR传感器的基本原理

LiDAR传感器使用脉冲激光来检测车辆周围物体的存在，并精确绘制与它们的距离。车载计算机将能够解读车辆与其周围环境的关系。

LiDAR的原理是将激光指向一个表面，然后发送一个短激光脉冲，并测量光返回传感器所需的时间，使用公式计算距离：距离=光速×经过时间）/2。由于LiDAR能够以毫米级精度在远距离上捕获距离和深度信息，它正成为未来自动驾驶汽车最重要的传感器之一。

虽然LiDAR的未来应用领域是自动驾驶，但它也被用于其他方面，包括：

环境监测：LiDAR传感器可用于地形测绘、空气质量监测以及森林树冠分析等。

航空航天：LiDAR还可用于各类飞行器（尤其是无人机）的地形测绘、障碍物检测和测高。

考古学：LiDAR也被用于帮助考古学家通过大规模扫描发现隐藏的建筑结构和地貌。

LiDAR的主要优势包括：

更高的精度：这对于需要详细空间数据（即关于物体物理位置和形状的任何信息）的应用至关重要。

更高的帧率：这对于在繁忙道路上或其他动态环境中行驶的汽车来说非常有价值。

鲁棒性和可靠性：LiDAR传感器也非常适合在恶劣环境条件下导航，例如浓雾、灰尘或雨水，这些条件下相机可能会遇到困难。

更高的横向分辨率：这在详细的3D测绘中非常有用。

GaN在LiDAR传感器中占据的优势

当使用LiDAR传感器捕获距离和深度信息时，更短的脉冲宽度（PW）将能实现更高的分辨率。然而，使用更高的脉冲幅度则会增加检测范围。

集成氮化镓功率场效应晶体管（GaN power FETs）和超快栅极驱动器IC将提高开关速度并降低功率损耗，为更先进的LiDAR传感器的发展开辟道路。氮化镓功率场效应晶体管利用了最新的硅基氮化镓（GaN-on-Si）工艺技术的所有品质因数（FOM），而栅极驱动器则是专门为提高转换速率而设计，这对传感器的性能提升也大有裨益。

通过结合这些功率组件，并优化其PCB布局，可以实现更高的激光功率，同时减少振铃现象，从而改善EMI和热性能。这些得到改善的性能指标有助于实现更高的分辨率和更大的检测范围。