Модуль LiDAR поддерживает повышенную скорость на шоссе

Появление автономного вождения значительно расширило присутствие датчиков обнаружения и определения расстояния с помощью лазерного изображения (LiDAR) в платформе автомобильной электроники. LiDAR работает по принципу радара, но использует световые импульсы, излучаемые инфракрасным лазерным диодом.

Новый высокоскоростной компаратор MAX40026 от Maxim Integrated и трансимпедансные усилители MAX40660 / MAX40661 с широкой полосой пропускания (TIA) обеспечивают на 15 км / ч более быстрое автономное вождение на скорости шоссе за счет удвоения полосы пропускания и добавления 32 каналов (всего 128 вместо 96) в модуль LiDAR такого же размера.

Что такое LIDAR?

Маурицио Гавардони из Maxim демонстрирует оценочную плату для четырехканальной приемной системы LiDAR.
Она включает в себя оптические фотодиоды от First Sensor и недавно выпущенный Maxim TIA и высокоскоростной компаратор. (Изображение:Maxim Integrated)

Наряду с искусственным интеллектом, камерами и радаром, датчики незаменимы для вспомогательного и автономного вождения. Поскольку они могут обеспечивать точные измерения объектов и обнаруживать препятствия на дороге - ветки упавших деревьев, другие автомобили или даже ребенка, который бросается в путь, - датчики LiDAR помогли продвинуть внедрение передовых систем помощи водителю (ADAS) и являются критично для разработки автономных транспортных средств (АВ). Восприятие окружающей среды AV должно быть предельно точным, поэтому экспериментальные автомобили-роботы полны датчиков. Использование лазерной системы освещения позволяет управлять беспилотными автомобилями в условиях плохой видимости или отсутствия видимости и даже при отсутствии дорожной разметки.

«Датчики LiDAR играют все более важную роль в слиянии автомобильных датчиков благодаря их способности обеспечивать точное измерение расстояний до объектов», - сказал Маурицио Гавардони, главный технический сотрудник Maxim Integrated. «Типичный датчик LiDAR посылает световые импульсы, которые, отражаясь от объектов и адекватно регистрируемые фотодиодами, позволяют отображать окружающую среду».

Системы LiDAR основаны на времени полета (ToF), которое измеряет точные временные характеристики событий (рисунок 1). Последние разработки включают несколько многолучевых систем LiDAR, которые генерируют точное трехмерное изображение окружающей среды вокруг транспортного средства. Эта информация используется для выбора наиболее подходящих маневров при вождении.

Рисунок 1. Функциональная диаграмма времени пролета (Изображение:Maxim Integrated)

На рисунке 2 показана базовая схема датчика LiDAR. Существует два основных типа LiDAR-систем:микроимпульсные LiDAR и высокоэнергетические. Микроимпульсные системы были разработаны в результате постоянно растущей вычислительной мощности и достижений в лазерной технологии. Эти новые системы используют очень низкую мощность, порядка 1 Вт, и полностью безопасны для большинства приложений. С другой стороны, высокоэнергетический LiDAR широко используется в системах мониторинга атмосферы, где датчики используются для определения таких параметров атмосферы, как высота, стратификация и плотность облаков.

Рисунок 2:Общий вид датчика LiDAR с показанными основными электронными частями (Изображение:Maxim Integrated)

«Автомобильные системы автономного вождения развиваются с 35 миль в час до 65 миль в час и выше, но более быстрые автономные системы автономного вождения имеют важное значение», - сказал Гавардони. «Проблемы, связанные с выполнением этих требований [переводятся] в высокоточные измерения расстояний до объектов, [требующие] большей точности, большего количества каналов для размещения на платформах с ограниченным пространством [и соблюдения] строгих требований безопасности».

Оборудование LiDAR

В проекте LiDAR трансимпедансный усилитель является наиболее важной частью электронной схемы. Низкий уровень шума, высокое усиление, низкая групповая задержка и быстрое восстановление после перегрузки делают новые TIA Maxim идеальными для приложений измерения расстояний.

Схемы TIA часто используются в приложениях, которые разделяют потребность в схемах для буферизации и масштабирования выходных данных электрооптических решений для достижения высокой скорости и высокого динамического диапазона. TIA - это преобразователь тока в напряжение, почти исключительно реализованный с одним или несколькими операционными усилителями (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид ТИА с фотодиодом обратной поляризации (Изображение:Википедия)

Фототранзисторы и фотодиоды тесно связаны между собой и преобразуют падающий лазерный свет в электрический ток. Чтобы добиться от этих устройств максимальной производительности, разработчики должны уделять особое внимание интерфейсным схемам, длинам волн и оптико-механической настройке. Трансимпедансные усилители MAX40660 / MAX40661 обеспечивают гораздо более быстрые автономные системы с высоким разрешением. TIA снижают потребление тока более чем на 80% в режиме пониженного энергопотребления. TIA компании Maxim поддерживают 128 каналов с полосой пропускания 490 МГц в случае MAX40660 и плотностью шума 2,1 пА / √Гц для обеспечения большей точности измерений (рисунок 4).

Рисунок 4:Блок-схема MAX40660 (Изображение:Maxim Integrated)

Между тем, MAX40026 представляет собой высокоскоростной компаратор с однополярным питанием для приложений измерения расстояния TOF. Его низкая дисперсия задержки распространения, равная 10 пикосекундам, способствует точному обнаружению неподвижных и движущихся объектов. «Меньшая задержка дисперсии и большее количество каналов на систему позволяют более точно измерять время, тем самым повышая разрешение системы и обеспечивая более высокую скорость движения», - сказал Гавардони.

MAX40026 имеет входной синфазный диапазон от 1,5 В до VDD + 0,1 В, совместимый с выходными колебаниями нескольких широко используемых высокоскоростных TIA. Выходной каскад низковольтной дифференциальной сигнализации (LVDS) сводит к минимуму рассеивание мощности и напрямую взаимодействует со многими ПЛИС и ЦП (рисунок 5).

Рисунок 5:Функциональная схема MAX40026 (Изображение:Maxim Integrated)

Размер новых решений еще больше уменьшен, что позволяет разместить гораздо больше каналов на транспортных платформах с ограниченным пространством. Эти интегральные схемы соответствуют самым строгим требованиям безопасности автомобильной промышленности с квалификацией AEC-Q100, улучшенными характеристиками электростатического разряда (ESD) и анализом эффектов и диагностическим анализом (FMEDA) для поддержки сертификации ISO 26262 на уровне системы.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times Europe.