接收端

在激光雷達(dá)的接收端技術(shù)中，主要的技術(shù)路徑可劃分為APD（雪崩光電二極管）和SPAD/SiPM（單光子 avalanche photodiode / 雪崩光電二極管/硅光電倍增管）兩大類。這兩種技術(shù)路徑均基于二極管的雪崩擊穿效應(yīng)，但它們?cè)诠ぷ髟砗托阅苌洗嬖诓町悺?/span>

PD、APD和SPAD這三種探測(cè)器本質(zhì)上相似，它們的區(qū)別主要在于所施加的反向電壓不同，這決定了單個(gè)光子能夠引發(fā)的電子數(shù)量，進(jìn)而影響了探測(cè)的靈敏度。

APD以其低成本和高可靠性而仍然具有一定的市場(chǎng)價(jià)值，尤其是在1550nm波長的激光雷達(dá)中，APD是首選。盡管APD在靈敏度上不及SiPM，但在強(qiáng)光環(huán)境下，其對(duì)自然光和環(huán)境溫度的干擾抵抗力較強(qiáng)，因此仍具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。目前，已有國內(nèi)企業(yè)如芯思杰開始布局1550nm APD技術(shù)，并與多家國內(nèi)領(lǐng)先的激光雷達(dá)企業(yè)合作開發(fā)陣列SPAD。

SPAD/SiPM技術(shù)路徑面臨的主要挑戰(zhàn)是自然光的干擾，尤其是在陽光強(qiáng)烈的環(huán)境下。由于日光是一種連續(xù)光譜，幾乎包含了所有激光雷達(dá)的工作波長，濾光片難以完全濾除陽光。強(qiáng)烈的陽光直射可能導(dǎo)致SiPM中的多個(gè)SPAD單元飽和，而且在恢復(fù)至初始狀態(tài)之前無法吸收光子，這可能會(huì)導(dǎo)致漏檢真正的反射信號(hào)。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用SPAD/SiPM接收端時(shí)，需要特別關(guān)注其光子探測(cè)效率（PDE）和可靠性。隨著技術(shù)的發(fā)展，SPAD/SiPM正在逐漸取代APD成為905nm波長激光雷達(dá)的主流選擇。

掃描端

掃描系統(tǒng)是激光雷達(dá)的關(guān)鍵組成部分，其中轉(zhuǎn)鏡和MEMS振鏡是兩種主要的掃描技術(shù)。根據(jù)中信證券的分析，盡管這兩種技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，但轉(zhuǎn)鏡技術(shù)在當(dāng)前市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，并且預(yù)計(jì)在短期內(nèi)將繼續(xù)保持這一地位。

轉(zhuǎn)鏡技術(shù)以其簡單性和可靠性而受到青睞，它通過勻速旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)掃描，無需復(fù)雜的變速控制或其他特殊技術(shù)，這使得它在車廠認(rèn)證過程中較為容易獲得認(rèn)可。此外，轉(zhuǎn)鏡與振鏡結(jié)合的使用方案進(jìn)一步提升了掃描的靈活性，允許對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行密集掃描，同時(shí)保持其他區(qū)域的常規(guī)掃描頻率。例如，圖達(dá)通的falcon激光雷達(dá)就采用了這種轉(zhuǎn)鏡+振鏡的組合方案，其中轉(zhuǎn)鏡負(fù)責(zé)水平方向的掃描，而振鏡則負(fù)責(zé)垂直方向的掃描。

另一種流行的掃描組合是轉(zhuǎn)鏡與線光斑的結(jié)合。線光斑技術(shù)采用連續(xù)的線形光束，這賦予了它卓越的垂直方向分辨率。值得注意的是，為了提高垂直分辨率，只需提升接收端的分辨率，而不需要增強(qiáng)激光發(fā)射端，這樣做的好處是升級(jí)成本更加低廉。

MEMS振鏡的特點(diǎn)在于其小巧的尺寸和出色的平衡性能，這使得它成為了激光雷達(dá)掃描技術(shù)中的佼佼者。與靜電式MEMS相比，電磁式MEMS不需要高電壓驅(qū)動(dòng)，也不需要額外的升壓電路。而且，電磁式的驅(qū)動(dòng)力更大，可以驅(qū)動(dòng)更重的鏡片，確保激光束能夠始終準(zhǔn)確地照射在大幅擺動(dòng)的鏡片上。因此，電磁式MEMS目前成為了激光雷達(dá)掃描技術(shù)的主流選擇。

雙楔形棱鏡則以其低成本設(shè)計(jì)而受到市場(chǎng)的青睞。這種設(shè)計(jì)利用了菲涅爾原理，去除了棱鏡上不必要的部分。直觀來看，新的棱鏡每一片都可以分為兩段，這樣的設(shè)計(jì)不僅減輕了重量，也縮小了體積，使其更加適合應(yīng)用于汽車環(huán)境中。

信號(hào)處理

信號(hào)處理是激光雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)之一，涉及到激光器的驅(qū)動(dòng)、信號(hào)的放大以及時(shí)序控制等方面。在激光器驅(qū)動(dòng)方面，快速響應(yīng)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗軌蜃畲蠡乩眉す馄鞯乃矔r(shí)功率。激光器驅(qū)動(dòng)芯片（LD Driver）的作用是在接收到主控芯片的指令后，為激光器提供一個(gè)精確的控制信號(hào)。

跨阻放大器（TIA）是信號(hào)處理中的另一個(gè)關(guān)鍵組件，它主要負(fù)責(zé)將放大和電流轉(zhuǎn)電壓的任務(wù)。TIA屬于高速運(yùn)算放大器的一種，對(duì)于硅光電倍增管（SiPM）等探測(cè)器來說，它是必不可少的。

根據(jù)中信證券的分析，目前高速運(yùn)算放大器市場(chǎng)主要由德州儀器（TI）、亞德諾半導(dǎo)體（ADI）等國際廠商主導(dǎo)。然而，國內(nèi)激光雷達(dá)企業(yè)正在逐步推進(jìn)自主研發(fā)，例如鐳神智能和禾賽科技等公司都在進(jìn)行TIA的自研工作。據(jù)悉，禾賽科技自研的TIA產(chǎn)品在通道數(shù)、功耗、信號(hào)展寬以及通道隔離度等方面相比ADI的產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢(shì)。

在激光雷達(dá)系統(tǒng)中，TDC（時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器）和ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）是兩種關(guān)鍵的轉(zhuǎn)換器件，它們?cè)跍y(cè)量精度和系統(tǒng)成本方面各有優(yōu)勢(shì)。TDC以其較低的成本和簡單的功能，適合應(yīng)用于對(duì)環(huán)境要求不高的低成本系統(tǒng)，主要承擔(dān)計(jì)時(shí)的任務(wù)。而ADC則更適合那些需要更高測(cè)量精度和更復(fù)雜環(huán)境的系統(tǒng)。

根據(jù)中信證券的觀察，目前高速ADC市場(chǎng)主要依賴國外廠商供應(yīng)，但國內(nèi)廠商正逐步迎頭趕上，展現(xiàn)出自研的實(shí)力。例如，禾賽科技自研的高速ADC芯片在性能上已經(jīng)超越了德州儀器（TI）的同類產(chǎn)品。這不僅體現(xiàn)在采樣率保持不變的情況下提高了分辨率和信噪比，還在于其內(nèi)置了PLL鎖相環(huán)，增強(qiáng)了芯片的功能性。

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）在激光雷達(dá)系統(tǒng)中扮演著主控芯片的角色。與傳統(tǒng)的CPU相比，F(xiàn)PGA在處理激光雷達(dá)所需的信號(hào)處理和電機(jī)時(shí)序控制任務(wù)時(shí)，展現(xiàn)出了更高的效率。這是因?yàn)镕PGA可以適應(yīng)算法的快速迭代，通過專用電路設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)算法的優(yōu)化，從而在執(zhí)行效率上優(yōu)于CPU。