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Scala的lidar 拆解

汽车电子设计 2020-06-28





昨天和朋友说起了这个Scala 激光雷达,他没有仔细拆解来做一个存档,好在这是第一个被大规模商用的一款Lidar产品,拆解的信息也比较多,我们根据现有的信息梳理一下这个Lidar的结构。 


Scala的lidar 拆解

图1 Scala Lidar

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 Scala Lidar拆解


                                

Scala 是基于机械系统的激光雷达,由法雷奥与其战略合作伙伴IBEO共同开发。通过下图中的激光单元发出激光至旋转扫描镜(Mirror),被偏转向前发射(扫描角度145°),通过待检测的车外物体的反射光经光学系统被左下方的探测器接收。 


Scala的lidar 拆解

图1 Scala lidar 拆解的各个部分

 

面这张图能够比较清楚的把这些结构一一对应起来,这里也主要包含三个部分,激光单元、旋转扫描镜和主板。采用直接飞行时间法(DToF),激光光束操作单元是旋转扫描镜,光源是高功率激光二极管,探测器是雪崩光电二极管(APD)阵列。 

1)旋转扫描镜:Scala的机械系统主要是旋转镜,探测为150米,水平视场角为145°,垂直视场角为3.2°。电机控制单元由带有控制驱动器的定子和转子以及用于运动检测的MPS40S霍尔传感器组成


Scala的lidar 拆解

图2Scala的结构示意图 


2)激光板:激光单元如下所示,主要包括几个部分所组成,粉色为发射部分,蓝色为接收部分,红色为电源部分,绿色为连接器。 


Scala的lidar 拆解

图3 激光发生器里面的四块板子 


发射部分的激光发生器采用3引脚TO型封装,管芯面积为0.27mm^2  ,激光功率为75 W,直径为5.6 mm。采用边缘发射激光器(EEL)技术,发射的激光波长为905纳米(nm),探测波形为脉冲波。接收单元使用First Sensor的雪崩光电二极管(APD)来接收返回的激光束,APD是一种高速光电二极管,它使用光子倍增来获得低噪声信号。 


Scala的lidar 拆解

图4 激光板上的核心器件


3) 主板:主板主要包括电源管理和处理运算两部分,计算部分的核心包括Xilinx XA7Z010 SoC双核ARM Cortex-A9、32位ST 的SPC56EL60L3微控制器;电源管理部分主要包括ADI的同步降压稳压器,Infenion的双通道HSD,ADI LDO的三路单片降压IC和Allegro  风扇驱动器IC,外部的FlexRay芯片等等 


Scala的lidar 拆解

图5 Scala的主控板概览 


整个系统的功能结构如下图所示: 


Scala的lidar 拆解

图6 两块板子的结构 

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Scala Lidar参数和发展


                                

从SCALA系列产品路线图,第二代Scala特性上,垂直视场角增加3倍,从四线增加到16线。 

Scala的lidar 拆解

图7 法雷奥SCALA 第一代产品与第二代产品的参数对比 


后续为了满足探测要求,法雷奥将推出“SCALA Cocoon”系统,将5个SCALA激光扫描仪组合在一起,实现汽车周围360°环境探测。在低成本方面,Valeo还将计划推出采用MEMS微镜的混合固态激光雷达——SCALA激光扫描仪第三代产品。

小结:硬件的东西看上去简单,但是和软件有高度的耦合,这是之前为什么每个系统的know how基本都掌握在零部件企业手里,随着激光雷达处理的软件顶层的往车企转移,后续lidar的软件在底层可能也会简化一些,这个领域还是有一定的成长空间。

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