3PEAK: Neue 80V-VCSEL-Treiber für präzises Lidar
3PEAK (思瑞浦) hat ein Whitepaper zu seinen neuen VCSEL-Treibern für Automotive-Lidar veröffentlicht. Die Chips liefern Strompulse von 20 bis 50 Ampere bei Spannungen von 60 bis 80 Volt und schalten innerhalb weniger Nanosekunden. Ziel: Lidar-Systeme für hochautomatisiertes Fahren ab Stufe 2+.
Warum 60–80 V und Nanosekunden-Pulse?
Lidar misst die Laufzeit von Laserpulsen (dToF – direct Time of Flight). Je steiler der Strompuls ansteigt, desto genauer wird die Distanz. Eine Nanosekunde Verzögerung erzeugt bereits 15 cm Messtoleranz. Die Herausforderung: Die parasitäre Induktivität der Leiterbahnen erzeugt bei schnellen Stromänderungen Spannungsspitzen (V = L × di/dt). Sechs- bis zehnfach gestapelte VCSEL-Laser benötigen daher Treiberspannungen bis 80 V – ein Wert, der für Hochvolt-Antriebe im Auto zwar ungewöhnlich, für Lidar aber notwendig ist.
Architektur: Laden wie ein Blitz, feuern wie ein Blitz
3PEAK setzt eine „High-Side-Ladung + Low-Side-Puls"-Topologie ein – ähnlich einem Kamerablitz. Eine Boost-Schaltung lädt lokale Kondensatoren langsam auf; ein Low-Side-Schalter entlädt sie explosionsartig in den VCSEL. Langsames Laden und schnelles Entladen sind entkoppelt.
Für 2-D-adressierbare VCSEL-Arrays (rein elektronisches Scannen) werden mehrere Kanäle parallel geschaltet. Das ermöglicht regionale Leistungssteuerung: Stark reflektierende Ziele wie Nummernschilder können gezielt mit reduzierter Intensität bestrahlt werden, um Überstrahlung zu vermeiden. Die 2-D-Architektur erhöht die Photoneneffizienz und senkt die thermische Last, da jeder Emitter nur kurz feuert.
Augensicherheit und Fehlerschutz
Ein einzelner Laserpuls übersteigt den zulässigen Grenzwert der Augenschutzklasse 1 (IEC 60825-1) um das 10- bis 100-Fache. Die Sicherheit wird nur durch ein extrem niedriges Tastverhältnis unter 0,1 % erreicht. Kritisch: Ein Kurzschluss des Low-Side-Schalters würde den Laser dauerhaft leuchten lassen – mit potenziell gefährlicher Leistung.
3PEAK setzt daher auf eine Dual-Chip-Architektur: Der High-Side-Ladechip kann bei einem Fehler selbstständig die Energiezufuhr unterbrechen und die Kondensatoren entladen, selbst wenn der Low-Side-Chip komplett ausfällt. Das erfüllt die Anforderungen an funktionale Sicherheit nach ASIL B und höher.
Produktfamilie und Praxisbezug
3PEAK bietet eine ganze Familie an: Den High-Side-Lade-IC TPM8909Q (16 Kanäle, 80 V), Low-Side-Puls-IC TPM8918Q (8 Kanäle, 20 A), den hochintegrierten Einzelchip TPM8915Q (80 V/50 A, 1 ns Pulsbreite in einem WLCSP von 3,35 × 1,65 mm) sowie GaN-Treiber (TPM1025Q, TPM2025Q) für MEMS- oder Scanning-Systeme. Die Integration reduziert die Bauteilzahl von 50 auf 20–30.
Solche Treiber kommen in Lidar-Systemen zum Einsatz, die bereits in chinesischen Fahrzeugen verbaut sind – etwa in XPengs Stadtpilot (XNGP) oder Baidu Apollos Robotaxi-Plattform. Auch deutsche Tier-1-Zulieferer wie Bosch oder Valeo entwickeln Lidar und könnten von den kompakten, leistungsfähigen Chips profitieren.
Die Treiberchips von 3PEAK sind für den europäischen Markt derzeit nicht angekündigt und nicht über offizielle Distributionskanäle erhältlich. Eine Evaluierung durch europäische Tier-1-Zulieferer oder Lidar-Hersteller ist nach Kenntnisstand der Redaktion nicht bekannt.