激光雷達模塊支持提高高速公路速度

LiDAR module supports increased highway speed

What’s LIDAR?

自動駕駛技術的出現，無疑地擴大了激光成像探測和測距（LiDAR）傳感器在汽車電子平臺中的應用。激光雷達根據雷達原理工作，但使用紅外激光二極管發射的光脈沖。
Maxim Integrated新推出的MAX40026高速比較器和MAX40660/MAX40661高帶寬跨阻放大器（TIA），通過將帶寬翻倍并在相同尺寸的激光雷達模塊中增加32個通道（總共128個而不是96個）使高速公路上的自主駕駛速度提高15公里/小時。

與人工智能、攝像頭和雷達一樣，傳感器對于輔助駕駛和自主駕駛是不可或缺的。由于激光雷達傳感器能夠精確測量物體并探測道路上的障礙物——倒下的樹枝、其他汽車，甚至是沖進交通中的兒童——激光雷達傳感器有助于推進先進駕駛員輔助系統（ADAS）的采用，對自主車輛（AV）的開發至關重要。AV對周圍環境的感知必須非常精確，這就是為什么實驗性的Robocar充滿了傳感器。激光照明系統的使用使自動駕駛汽車能夠在低能見度或無能見度條件下，甚至在沒有道路標線的情況下運行。

Maxim Integrated技術人員的主要成員Maurizio Gavardoni說：“激光雷達傳感器在車輛傳感器的融合中發揮著越來越重要的作用，因為它們能夠提供精確的物體距離測量。“典型的激光雷達傳感器發送光脈沖，這些脈沖被物體反射并由光電二極管充分探測，使你能夠繪制周圍環境的地圖。”

激光雷達系統基于飛行時間（ToF），它測量精確的定時事件（圖1）。最新的發展已經出現了幾個多光束激光雷達系統，這些系統可以生成車輛周圍環境的精確三維圖像。此信息用于選擇最合適的駕駛操作。

Figure 1: Time-of-flight functional diagram

圖2顯示了激光雷達傳感器的基本布局。激光雷達系統有兩種基本類型：微脈沖激光雷達和高能激光雷達。由于可用計算能力的不斷提高和激光技術的進步，微脈沖系統得到了發展。這些新系統使用非常低的功率，大約1瓦，對大多數應用來說完全安全。另一方面，高能激光雷達在大氣監測系統中很常見，傳感器用于探測大氣參數，如高度、層結和云密度。

Figure 2: General layout of a LiDAR sensor with the main electronic parts shown

加瓦多尼說：“汽車自動駕駛系統正從35英里/小時發展到65英里/小時以上，但更快的自動駕駛系統至關重要。”。“滿足這些要求所面臨的挑戰[轉化為]對物體進行高精度的距離測量，[需要]更高的精度，更多的通道來適應空間受限的平臺，[并遵守]嚴格的安全要求。”

激光雷達硬件

在激光雷達項目中，跨阻放大器是電子布局中最關鍵的部分。低噪聲、高增益、低時延和快速過載恢復，使其成為距離測量應用的理想選擇。

TIA電路通常用于需要緩沖和縮放電光解決方案輸出以實現高速和高動態范圍的應用。TIA是一種電流-電壓轉換器，幾乎完全由一個或多個運算放大器實現（圖3）。

Figure 3: General layout of a TIA with a reverse polarization photodiode

光電晶體管和光電二極管密切相關，它們將入射的激光轉換成電流。為了從這些器件中獲得最大的性能，設計者必須特別注意接口電路、波長和光學機械對準。MAX40660/MAX40661跨阻放大器能夠使用高分辨率實現更快的自動驅動系統。在低功耗模式下，TIAs可將電流消耗降低80%以上。Maxim的TIA支持128個信道，在MAX40660和2.1-pA/√Hz噪聲密度的情況下，帶寬為490 MHz，以提供更高的測量精度（圖4）。

Figure 4: MAX40660 block diagram

同時，MAX40026是一款單電源高速比較器，用于TOF距離測量應用。它的低，10皮秒的傳播延遲色散有助于準確檢測固定和移動目標。“較低的色散延遲和每個系統更多的信道可以實現更精確的定時測量，從而提高系統分辨率并實現更高的驅動速度，”Gavardoni說。
MAX40026的輸入共模范圍為1.5V至VDD+0.1V，與幾種廣泛使用的高速TIA的輸出分支擺動兼容。低壓差分信號（LVDS）輸出級將功耗降至最低，并直接與許多FPGA和CPU接口（圖5）。

Figure 5: MAX40026 functional diagram

新解決方案的規模進一步縮小，允許在有限空間的車輛平臺上插入更多的頻道。這些集成電路符合汽車行業最嚴格的安全要求，具有AEC-Q100認證、改進的靜電放電（ESD）性能、效應和診斷分析（FMEDA），以便在系統級支持ISO 26262認證。

總結

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