GaNの話シリコンを粉砕するために捧げたブログ
Lidar用1550 nmレーザーのパルス

Lidar用1550 nmレーザーのパルス

4 20, 2021

パルスLidar(光による検出と距離の測定)システムは通常、発光には波長905 nmまたは1550 nmのレーザーを使います。1400 nmを超えると、目のさまざまな要素が光を吸収するので、網膜に到達して損傷することを防げます。レーザー出力を上げると、すべてが吸収されるわけではなく、ある時点で網膜の損傷が発生する可能性があります。905 nmの光は吸収されないため、網膜に到達します。そのため、損傷を防ぐためにエネルギー密度を制限して使うように注意しなければなりません。

1550 nmの光を使用することに決めた場合、半導体レーザーの効率の違いによって、905 nmの光と比べて、同じ発光パワー照射に対して、より大きな電流にする必要があります。さらに、網膜に到達する前に光が目で吸収されるのと同じ特性によって、光は大気に吸収されます。この現象は、湿度が上昇して霧、雨、雪になると増幅されます。1550 nmのレーザーに必要な駆動電力は、905 nmレーザー・ベースのシステムよりも最大10倍大きくなる可能性があります。幸い、パルスLidarアプリケーションで高解像度に必要なエッジ速度とパルスを維持しながら、1550 nmレーザーを駆動するために必要な電力を提供するソリューションがあります。

EPCのeGaN® FET技術は、小型で安価な回路を使って、非常に短時間で広範囲のパルス電流を駆動する機能を備えています。この技術の範囲は、数アンペアから数100アンペアで、すべて、15 Vから200 Vの定格のパワー・デバイスを使って、パルス幅1 nsから5 nsが得られます。

共振放電は、コンデンサが充電された後、レーザー・ドライバがそれをレーザーに放電する大出力直接飛行時間(DToF)で一般的です。共振周波数は、主に電力貯蔵容量と浮遊インダクタンスから1 /(2π√LC)として導き出されます。CStoreとLStrayが固定されている場合、ピーク電力はコンデンサ電圧の関数です。下の画像は、基本的な回路と基本的な波形を示しています。

DToF Basic Circuit and the Basic Waveforms

狭いパルス幅を維持しながら大電力を得るには、160 Vの電源を使えますEPC2034Cは、213 Aを超えるピーク電流が得られる200 Vのデバイスです。eGaN技術は、超低容量で、ウエハー・レベルのパッケージなので、高速パルスのLidarシステムに最適です。EPC2034Cの波形は、半値全幅(FWHM:full width at half maximum)時間が2.9 nsでピーク電流221 Aを示しています。

EPC2034C Waveforms

今後の開発では、FWHMが5 ns以下で300 A以上のパルスが示されると予想されます。この開発では、80 Vバスで100 VのEPC2032を使います。

EPCは、シリコン集積回路のゲート・ドライバによって駆動されるディスクリートeGaN FETに加えて、eToF™レーザー・ドライバICを製品化しました。最初の製品は、40 V、10 Aの能力を備えており、EPCの標準eGaNプロセスを使ってモノリシックに集積化されています。EPC21601は入力論理3.3 Vで、EPC21603はLVDS受信回路を使います。どちらも5 Vの論理回路用電源電圧が必要です。これらのレーザー・ドライバは、直接飛行時間(DToF:direct time-of-flight)と間接飛行時間(IToF:indirect time-of-flight)の両方の3次元カメラに対して、高速かつ小型で費用対効果の高いソリューションです。EPC21601のバンプ側の回路ブロック図と画像を以下に示します。これらの集積されたレーザー・ドライバは、短距離用途向けIToFに対する1550 nmレーザーへの電力供給能力備えています。

eToF Laser Driver ICs

抵抗性負荷を使った20 V、10 AでのEPC21601の結果は、オン時に非常に印象的な410 psのドレインの降下時間、オフ時のドレインの立ち上がり時間320 psが得られています。波形を以下に示します。

EPC21601 at 20 V, 10 A, Using a Resistive Load

1550 nmシステムは、目の安全性を大幅に向上させますが、905 nmのシステムよりも、はるかに多くの電力を必要とするという根本的な課題があります。eGaN FETとeToFレーザー・ドライバは、それらに電力を供給する問題を解決します。EPCのeTOF製品ラインの拡張から探してください。特別なアプリケーションについては、カスタマイズされたソリューションについて、お問い合わせください