激光雷达产业链有哪些投资价值？（下）

发布时间：

2024-06-25

激光雷达产业链的投资价值接收端在激光雷达的接收端技术中，主要的技术路径可划分为APD（雪崩光电二极管）和SPAD/SiPM（单光子 avalanche photodiode / 雪崩光电二极管/硅光电倍增管）两大类。这两种技术路径均基于二极管的雪崩击穿效应，但它们在工作原理和性能上存在差…

激光雷达产业链的投资价值

接收端

在激光雷达的接收端技术中，主要的技术路径可划分为APD（雪崩光电二极管）和SPAD/SiPM（单光子 avalanche photodiode / 雪崩光电二极管/硅光电倍增管）两大类。这两种技术路径均基于二极管的雪崩击穿效应，但它们在工作原理和性能上存在差异。

PD、APD和SPAD这三种探测器本质上相似，它们的区别主要在于所施加的反向电压不同，这决定了单个光子能够引发的电子数量，进而影响了探测的灵敏度。

APD以其低成本和高可靠性而仍然具有一定的市场价值，尤其是在1550nm波长的激光雷达中，APD是首选。尽管APD在灵敏度上不及SiPM，但在强光环境下，其对自然光和环境温度的干扰抵抗力较强，因此仍具有一定的应用优势。目前，已有国内企业如芯思杰开始布局1550nm APD技术，并与多家国内领先的激光雷达企业合作开发阵列SPAD。

SPAD/SiPM技术路径面临的主要挑战是自然光的干扰，尤其是在阳光强烈的环境下。由于日光是一种连续光谱，几乎包含了所有激光雷达的工作波长，滤光片难以完全滤除阳光。强烈的阳光直射可能导致SiPM中的多个SPAD单元饱和，而且在恢复至初始状态之前无法吸收光子，这可能会导致漏检真正的反射信号。因此，在设计和应用SPAD/SiPM接收端时，需要特别关注其光子探测效率（PDE）和可靠性。随着技术的发展，SPAD/SiPM正在逐渐取代APD成为905nm波长激光雷达的主流选择。

扫描端

扫描系统是激光雷达的关键组成部分，其中转镜和MEMS振镜是两种主要的扫描技术。根据中信证券的分析，尽管这两种技术各有优势，但转镜技术在当前市场上占据主导地位，并且预计在短期内将继续保持这一地位。

转镜技术以其简单性和可靠性而受到青睐，它通过匀速旋转来实现扫描，无需复杂的变速控制或其他特殊技术，这使得它在车厂认证过程中较为容易获得认可。此外，转镜与振镜结合的使用方案进一步提升了扫描的灵活性，允许对特定区域进行密集扫描，同时保持其他区域的常规扫描频率。例如，图达通的falcon激光雷达就采用了这种转镜+振镜的组合方案，其中转镜负责水平方向的扫描，而振镜则负责垂直方向的扫描。

另一种流行的扫描组合是转镜与线光斑的结合。线光斑技术采用连续的线形光束，这赋予了它卓越的垂直方向分辨率。值得注意的是，为了提高垂直分辨率，只需提升接收端的分辨率，而不需要增强激光发射端，这样做的好处是升级成本更加低廉。

MEMS振镜的特点在于其小巧的尺寸和出色的平衡性能，这使得它成为了激光雷达扫描技术中的佼佼者。与静电式MEMS相比，电磁式MEMS不需要高电压驱动，也不需要额外的升压电路。而且，电磁式的驱动力更大，可以驱动更重的镜片，确保激光束能够始终准确地照射在大幅摆动的镜片上。因此，电磁式MEMS目前成为了激光雷达扫描技术的主流选择。

双楔形棱镜则以其低成本设计而受到市场的青睐。这种设计利用了菲涅尔原理，去除了棱镜上不必要的部分。直观来看，新的棱镜每一片都可以分为两段，这样的设计不仅减轻了重量，也缩小了体积，使其更加适合应用于汽车环境中。

信号处理

信号处理是激光雷达的关键技术之一，涉及到激光器的驱动、信号的放大以及时序控制等方面。在激光器驱动方面，快速响应是至关重要的，因为它能够最大化地利用激光器的瞬时功率。激光器驱动芯片（LD Driver）的作用是在接收到主控芯片的指令后，为激光器提供一个精确的控制信号。

跨阻放大器（TIA）是信号处理中的另一个关键组件，它主要负责将放大和电流转电压的任务。TIA属于高速运算放大器的一种，对于硅光电倍增管（SiPM）等探测器来说，它是必不可少的。

根据中信证券的分析，目前高速运算放大器市场主要由德州仪器（TI）、亚德诺半导体（ADI）等国际厂商主导。然而，国内激光雷达企业正在逐步推进自主研发，例如镭神智能和禾赛科技等公司都在进行TIA的自研工作。据悉，禾赛科技自研的TIA产品在通道数、功耗、信号展宽以及通道隔离度等方面相比ADI的产品具有明显优势。

在激光雷达系统中，TDC（时间数字转换器）和ADC（模数转换器）是两种关键的转换器件，它们在测量精度和系统成本方面各有优势。TDC以其较低的成本和简单的功能，适合应用于对环境要求不高的低成本系统，主要承担计时的任务。而ADC则更适合那些需要更高测量精度和更复杂环境的系统。

根据中信证券的观察，目前高速ADC市场主要依赖国外厂商供应，但国内厂商正逐步迎头赶上，展现出自研的实力。例如，禾赛科技自研的高速ADC芯片在性能上已经超越了德州仪器（TI）的同类产品。这不仅体现在采样率保持不变的情况下提高了分辨率和信噪比，还在于其内置了PLL锁相环，增强了芯片的功能性。

FPGA（现场可编程门阵列）在激光雷达系统中扮演着主控芯片的角色。与传统的CPU相比，FPGA在处理激光雷达所需的信号处理和电机时序控制任务时，展现出了更高的效率。这是因为FPGA可以适应算法的快速迭代，通过专用电路设计来实现对算法的优化，从而在执行效率上优于CPU。