漫談中美無人駕駛技術差距（上）

　　而CES2016發布的來自Quanergy的“固態”激光掃描儀S3更是首次引入了全固態激光掃描儀的概念。讓我們來通過Quanergy在CES上的演講和其相關的專利說明來詳細探討一下它的創新之處吧。簡單的說，這是一款全“固態”的激光雷達，或者稱光學相控陣激光掃描儀。其目標量產成本為250美元。首先如下圖一所示，其滿足了激光掃描儀小型化的大趨勢，整個尺寸只有90mm x 60mm x 60mm。如圖二的產品工作原理展示中可以看到內部機構不存在任何的機械旋轉部件。所有的激光探測水平和垂直視角都是通過電子方式實現的。因此其名副其實的是全“固態”激光掃描儀產品。

　　↑Quanergy的“固態”激光掃描儀S3

　　↑Quanergy激光掃描儀S3產品工作原理展示

　　美國政府影響至今仍在持續。

　　除了以上對于激光掃描儀成本優化的固態化趨勢，DARPA正主導繼續與加州Berkeley以及麻省理工MIT進行下一代頻率調制連續波FMCW 激光掃描儀芯片的開發，將進一步降低激光掃描儀的成本。

　　實際上美軍方DARPA主導的項目小組，以加利福尼亞大學為核心已經基本完成了原型半導體芯片的開發，并且在IEEE國際電子工程師協會上發布了正式的論文。如果需要從事相關的激光傳感器開發或者對激光傳感器小型化感興趣的朋友，可以搜索相關的論文進行進一步的研究。

　　如下是論文原型芯片的示意圖，用來給感興趣的朋友一個大概的總覽。下圖一為原型芯片的組成示意圖，包括左上角的MEMS tunable VCSEL微機械可調諧垂直腔面發射激光器作為發射源和右上角及下方的兩組光敏二極管作為接收器件。

　　下圖二所示由芯片組成的閉環可控光學頻率調制連續波FMCW控制電路。電路顯示由三大類的器件組成。該三大類的器件分別分布在三種半導體層上。紅色表示的器件為三五價III-IV半導體層。典型代表為砷化鎵GaAs或者磷化銦InP半導體工藝。三五價半導體是直接能帶半導體，更夠發出更強的光，適合制作光學芯片。

　　因此原型芯片的激光發射源和光敏二極管接收單元均由該類型的半導體完成。藍色部分硅光電子層Silicon Photonics(又稱SiP)，是基于硅基工藝制作的光學半導體。因此耦合器Coupler和相位測量干擾儀Interferometer由該半導體層制作。黑色部分為傳統硅基CMOS層，其他傳統的控制單元都有該半導體層制作。下圖三為具體的三種類型半導體層的分布情況。

　　↑原型芯片的組成示意圖

　　↑由芯片組成的閉環可控光學頻率調制連續波FMCW

　　↑三種類型半導體層的分布情況

　　神奇的是，此概念提出一年以后原型樣片真的被做出來并進行了相關的測試。其產學研的扶植力度可見一斑。這也是其深厚技術積淀的一種體現。

　　↑由麻省理工MIT設計的FMCW激光掃描芯片

　　↑該芯片的內部結構介紹