氮化镓如何驱动机器人的运动、感官、大脑（二）——氮化镓在激光雷达系统中的应用
本文作者为EPC首席执行官兼联合创始人Alex Lidow，为“氮化镓驱动人形机器人”系列文章的第二篇，上篇《氮化镓如何驱动机器人的运动、感官、大脑（一）》介绍了氮化镓器件如何在人形机器人的运动领域发挥作用。本篇文章则讲述氮化镓器件在激光雷达系统中的重要作用，以及如何为人形机器人带来更加优秀的视觉感知能力。
增强机器人视觉：氮化镓在激光雷达系统中的应用
● 激光雷达在人形机器人中的作用
除了运动功能外，人形机器人还需要像人类一样，感知外界并与周遭环境进行互动。视觉是人形机器人最关键的感官之一，了解周围环境、避开障碍物并执行复杂任务都需要视觉指引。为了实现这一目标，机器人依赖于先进的视觉系统，如激光雷达（Lidar）。
激光雷达不停发射激光脉冲，通过测量这些脉冲从物体反射至传感器所需的时间来计算距离。通过计算这些脉冲的飞行时间，激光雷达系统可以创建一个高分辨率三维数码地图。与由相机图像生成的地图相比，这种地图提供了整个环境的精确X、Y和Z坐标。人工智能可以高效处理这些信息，形成对空间的意识并做出实时决策。
激光雷达特别适合人形机器人，因为它能够带来高分辨率、长距离监测和快速的刷新率，这些对于需要精确度和及时获取环境信息的任务至关重要。然而，为了最大限度地发挥激光雷达系统的性能，电子设备必须能够以极高速度和高电流强度运行，而氮化镓器件天然能够满足这些需求。
● 氮化镓在激光雷达系统中的优势
氮化镓技术在过去十多年中一直是激光雷达系统的关键推动力，特别是在自动驾驶汽车和高级驾驶辅助系统（ADAS）等应用中。而氮化镓在汽车激光雷达中反映的特性同样可以帮助人形机器人。
氮化镓在激光雷达系统中发挥关键作用的原因是其卓越的开关速度，可以使得激光雷达实现高分辨率和快速的刷新率。氮化镓器件的开关速度比硅MOSFET快100倍，使激光雷达系统能够以更高频率发射和检测激光脉冲。这种增加的频率意味着更高的分辨率，使机器人能够创建更详细和准确的环境地图。
除了速度，氮化镓器件比硅器件可以承受更高的电流密度，允许激光雷达发出更强大的激光脉冲。这对于长距离检测尤为重要，激光脉冲需要行进更远的距离并仍然返回足够强的信号。氮化镓可以在更小的空间内传导更多电流，使得设计紧凑的激光雷达系统成为可能，这些系统可以轻松集成到机器人的结构中而不影响性能。
氮化镓在激光雷达系统中的另一个关键优势是其小尺寸和芯片级封装能够最小化寄生电感，并有效提升系统性能。EPC开发了将强大的氮化镓晶体管与集成驱动器结合的集成电路，有效消除了常见的源电感和栅极环路电感。以EPC21601为例，这是一款15A、40V的集成氮化镓激光驱动器，工作频率能够超过100 MHz。其1mm x 1.5mm的晶圆级封装紧凑，但其焊球提供了低电感。图3显示了EPC21601作为激光驱动器的典型连接图。通过将晶体管和驱动器集成到一个电路中，EPC提高了性能，减少了尺寸和成本，并增加了人形机器人激光雷达系统的可靠性（EPC9154开发板可用于加快新设计的速度）。
图3：使用EPC21601作为激光驱动器的典型连接图
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EPC eGaN®FET/晶体管选型表
EPC提供增强型氮化镓半桥功率晶体管/增强型功率晶体管/功率晶体管的选型：配置：Dual Common Source、Dual with Sync Boot、Half Bridge、Half Bridge Driver IC、HS FET + Driver + Level Shift、Single、Single - AEC Q101、Single – Rad Hard、Single with Gate Diode、Single with Gate Diode – AEC-Q101、Dual Common Source - AEC Q101，VDS最大值（V）：15~350V；VGS最大值（V）：5.75~7V
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产品型号
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品类
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Configuration
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VDSmax(V)
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VGSmax(V)
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Max RDS(on) (mΩ)
@ 5 VGS
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QG typ(nC)
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QGS typ (nC)
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QGD typ (nC)
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QOSS typ (nC)
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QRR(nC)
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CISS (pF)
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COSS (pF)
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CRSS (pF)
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ID(A)
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Pulsed ID (A)
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Max TJ (°C)
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Package(mm)
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Launch Date
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EPC2040
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Enhancement Mode Power Transistor
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Single
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15
|
6
|
30
|
0.745
|
0.23
|
0.14
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0.42
|
0
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86
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67
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20
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3.4
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28
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150
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BGA 0.85 x 1.2
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Apr, 2017
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选型表 - EPC 立即选型
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eGaN® FETs and ICs for Time-of-Flight/Lidar APPLICATION BRIEF
型号- EPC2212,EPC2214,EPC2216,EPC9049,EPC2052,EPC2051,EPC2252,EPC2055,EPC90156,EPC2218A,EPC9087,EPC90153,EPC2302,EPC2306,EPC8002,EPC2065,EPC21702,EPC9179,EPC21701,EPC2221,EPC9097,EPC90145,EPC90142,EPC9092,EPC9050,EPC90146,EPC9172,EPC2219,EPC9091,EPC2619,EPC2036,EPC2035,EPC2038,EPC2034C,EPC2037,EPC2014C,EPC9507,EPC2071,EPC9144,EPC90132,EPC9022,EPC9180,EPC90137,EPC9181,EPC2204A,EPC9005C,EPC2204,EPC2040,EPC9156,EPC21603,EPC2361,EPC21601,EPC2088,EPC90123,EPC9154,EPC9150
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测试等级：空气放电30KV±5%；接触放电30KV±5%，适用标准：GB/T 17626.2、IEC61000-4-2、ISO10605、GB/T 19951；给用户产品出电路保护设计方案建议及整改。点击预约，支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/上海 提交需求>
可定制变压器支持60W-600W范围，额定电流最高10A，漏感稳定度最小3%；支持开关变压器、电流感测变压器、栅极驱动变压器、LLC谐振变压器、PoE变压器等产品定制。SPQ为5K。
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