GaN 如何將車規級 iToF 推向量產
技術分享雜談GaN技術 – John Glaser , Ph.D.
四月 24, 2025
隨著車用與工業應用對高精度 3D 感測的需求激增,間接飛行時間(iToF)系統日益受到重視。開發者需要一個靈活且具成本效益的原型製作途徑,並配備可驗證、可導入量產的元件。EPC91116 評估板正是為此而生。
該板由符合 AEC-Q101 認證的 EPC2203 eGaN® FET 驅動,提供一個高效能、低成本的解決方案,用於驅動雷射二極體產生快速且高電流的脈衝。其脈寬低至 5 ns,並支援最高 100 MHz 的操作頻率,EPC91116 展現了 GaN 如何以低成本實現現今 3D 感測系統所需的速度、精度與可擴展性。
EPC2203:小巧電晶體,卓越效能
EPC91116 的核心是 EPC2203,一款 80 V、17 A(脈衝) 的 eGaN FET,封裝尺寸僅為 0.9 mm × 0.9 mm。儘管體積小巧,EPC2203 憑藉極低的總柵電荷(QG)670 pC 與低導通電阻 RDS(on) 80 mΩ,實現超快速開關速度,適用於像 iToF 雷射驅動等高頻高電流應用。
該評估板允許開發者在真實操作條件下評估 EPC2203 的性能,支援最高 40 V 匯流排電壓及超過 10 A 的峰值電流,並擁有完整的 AEC-Q101 認證,讓您的設計更接近車規量產準備。
簡化柵極驅動設計
EPC91116 最令人印象深刻的特點之一就是簡化了柵極驅動的需求。它不需要昂貴或複雜的柵極驅動 IC,而是採用了74LVC2T45GS-Q100X —— 一款市售、低成本的 CMOS 雙向電平轉換器,同樣具備 AEC-Q100 認證。
透過並聯電平轉換器的輸出,EPC91116 可實現高達 100 MHz 的 GaN 穩定開關。儘管板上輸入設計為 3.3 V CMOS 邏輯,但只需簡單修改即可支援從 1.2 V 到 5.0 V 的輸入邏輯電壓,充分展現出高頻 GaN 效能無需高系統成本,使 iToF 更容易應用於成本敏感的場景,如駕駛員監控、車艙感測及物體偵測等。
圖 1:EPC91116 評估板的區塊圖
雷射就緒,友善設計
為了簡化原型開發,EPC91116 配備了 EPC9989 轉接板 —— 一組支援多種雷射二極體封裝與負載配置的可分離 PCB。該靈活性讓設計者可使用自己偏好的元件,無需重製電路板或影響訊號完整性。
EPC91116 的設計專注於降低功率迴路的寄生電感,這對驅動窄矩形脈衝至關重要。細緻的 PCB 配置與整合的量測點使得您可輕鬆觀察雷射或負載的實際表現,而不會產生探針干擾。
圖 2:EPC91116 上以 100 Hz 脈衝重複頻率驅動雷射負載的 1000 週期、50 MHz 脈衝起始波形。雷射供應電壓為 VBUS = 5 V,雷射器為 ams OSRAM EGA2000-940-W VCSEL,直接安裝於 EPC91116(未使用轉接板)。
窄脈衝產生器,提供更多控制
不是每個訊號產生器都能直接輸出乾淨且快速的脈衝。EPC91116 內建窄脈衝產生器(NPG),專為解決此問題而設計。該電路可將輸入訊號轉換為精確時序與可調寬度的輸出脈衝,即使使用簡易測試設備,也能實現穩定的雷射驅動特性。
只需設定跳線並調整板上電位器,即可將脈衝寬度調整在 5 ns 到 60 ns 之間,幫助您模擬真實應用情境,無需投入昂貴實驗儀器。
內建車用設計見解
除了開箱即用的特性外,EPC91116 亦是寶貴的參考設計。不論是開發離散型 iToF 系統,或是規劃未來整合方案,該板皆展示了如何:
- 透過智慧的 PCB 配置來最小化迴路電感
- 以市售低成本元件驅動 GaN FET
- 設計熱路徑與銅接地平面以提升散熱
- 單一柵極驅動器支援多種邏輯電位(1.2–5.5 V)
- 進行高頻寬波形量測
應用超越 iToF
儘管 EPC91116 是為雷射驅動而設計,但其拓撲與佈局亦適用於其他快速切換的電源應用,例如:
- Class-E 與 F 放大器
- 升壓、反激與 SEPIC 轉換器
- 高速脈衝電源系統
- 任何需要接地參考、快速切換 eGaN FET的應用
從設計邁向量產
若您的開發藍圖包含車用級 iToF,EPC91116 提供了清晰、具成本效益的發展路徑,結合合格元件、靈活原型設計與先進 GaN 效能。
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