Scala的lidar 拆解

Posted 2021-04-25 汽车电子设计

引

言

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。 

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。 

图1 Scala lidar 拆解的各个部分

 

下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

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。 

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。 

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 

图5 Scala的主控板概览 

整个系统的功能结构如下图所示： 

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。 

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。