Modul LiDAR Lanjutan Maxim Memungkinkan Pengemudi Otomatis di Tol 15 km/h Lebih Cepat
Kedatangan kendaraan otonom telah secara menakjubkan memperluas kehadiran sensor deteksi dan pencahayaan laser (LiDAR) di platform elektronik otomotif. LiDAR bekerja menurut prinsip radar tetapi menggunakan pulsa cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser inframerah.
Komparator kecepatan tinggi MAX40026 dan amplifier transimpedansi bandwidth tinggi MAX40660/MAX40661 milik Maxim Integrated memungkinkan pengemudi otonom di tol 15 km/h lebih cepat dengan menggandakan bandwidth dan menambahkan 32 saluran (total 128 alih-alih 96) dalam modul LiDAR berukuran yang sama.
Apa itu LIDAR?
Maurizio Gavardoni milik Maxim menunjukkan papan evaluasi untuk sistem penerima LiDAR empat saluran. Ini mencakup fotodioda optik dari First Sensor dan TIA serta komparator kecepatan tinggi baru yang diluncurkan Maxim. (Gambar: Maxim Integrated)
Bersama dengan AI, kamera, dan radar, sensor tidak tergantikan untuk pengemudi bantu dan otonom. Karena mereka dapat memberikan pengukuran objek yang akurat dan mendeteksi rintasan di jalan — ranting pohon yang jatuh, mobil lain, atau bahkan seorang anak yang meloncat ke lalu lintas — sensor LiDAR telah membantu mempercepat adopsi sistem bantuan pengemudi canggih (ADAS) dan sangat penting bagi pengembangan kendaraan otonom (AV). Persepsi AV terhadap lingkungan sekitar harus sangat presisi, itulah sebabnya robocar eksperimental penuh dengan sensor. Penggunaan sistem pencahayaan laser memungkinkan mobil otonom dioperasikan di bawah kondisi visibilitas rendah atau bahkan tanpa visibilitas dan bahkan dalam ketidakadaan garis jalan.
"Sensor LiDAR memainkan peran yang semakin besar dalam fusasi sensor kendaraan untuk kemampuan mereka memberikan pengukuran jarak objek yang akurat," kata Maurizio Gavardoni, anggota utama staf teknis di Maxim Integrated. "Sensor LiDAR tipikal mengirimkan pulsa cahaya yang, dipantulkan oleh objek dan terdeteksi dengan cukup oleh fotodioda, memungkinkan Anda memetakan lingkungan sekitar."
Sistem LiDAR didasarkan pada time of flight (ToF), yang mengukur peristiwa timing yang presisi (Figure 1). Perkembangan terbaru telah melihat beberapa sistem LiDAR multibem, yang menghasilkan citra 3D presisi dari lingkungan sekitar kendaraan. Informasi ini digunakan untuk memilih manuver pengemudi yang paling sesuai.
Figure 2 menunjukkan tata letak dasar dari sensor LiDAR. Ada dua tipe dasar sistem LiDAR: micropulse LiDAR dan high-energy. Sistem micropulse telah dikembangkan sebagai hasil dari daya komput yang semakin meningkat dan kemajuan dalam teknologi laser. Sistem ini menggunakan daya yang sangat rendah, sekitar 1 W, dan sepenuhnya aman untuk sebagian besar aplikasi. LiDAR high-energy, di sisi lain, umum dalam sistem pemantauan atmosfer, di mana sensor digunakan untuk mendeteksi parameter atmosfer seperti ketinggian, stratasifikasi, dan densitas awan.
Figure 2: Tata letak umum sensor LiDAR dengan bagian elektronik utama ditampilkan (Gambar: Maxim Integrated)
"Sistem pengemudi otonom otomotif berkembang dari 35 mph hingga 65 mph dan lebih jauh, tetapi sistem pengemudi otonom yang lebih cepat sangat penting," kata Gavardoni. "Tantangan dalam memenuhi kebutuhan ini [terjemah] menjadi pengukuran jarak objek yang presisi tinggi, [membutuhkan] lebih banyak akurasi, lebih banyak saluran untuk muat di platform yang terbatas ruangnya, [dan kepatuhan terhadap] persyaratan keamanan yang ketat."
Hardware LiDAR
Dalam proyek LiDAR, amplifier transimpedansi adalah bagian paling krusial dari tata letak elektronik. Kebisingan rendah, gain tinggi, group delay rendah, dan pemulihan cepat dari overload membuat TIA baru dari Maxim ideal untuk aplikasi pengukuran jarak.
Rangkaian TIA sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan rangkaian untuk buffering dan penskalaan output solusi elektro-optik untuk mencapai kecepatan tinggi dan rentang dinamis tinggi. TIA adalah konverter arus-ke-tegangan, hampir sepenuhnya diimplementasikan dengan satu atau lebih amplifier operasional (Figure 3).
Figure 3: Tata letak umum TIA dengan fotodioda polarisasi terbalik (Gambar: Wikipedia)
Phototransistor dan fotodioda erat terkait dan mengubah cahaya laser insiden menjadi arus listrik. Untuk mencapai performa maks dari perangkat ini, para desainer harus memperhatikan rangkaian antarmuka, panjang gelombang, dan penyesuaian optik-mekanis. Amplifier transimpedansi MAX40660/MAX40661 memungkinkan sistem otonom yang jauh lebih cepat menggunakan resolusi tinggi. TIAs mengurangi konsumsi arus lebih dari 80% dalam mode daya rendah. TIAs milik Maxim mendukung 128 saluran dengan bandwidth 490 MHz pada kasus MAX40660 dan densitas kebisingan 2,1-pA/√Hz untuk memberikan akurasi pengukuran yang lebih besar (Figure 4).
MAX40026, di sisi lain, adalah komparator kecepatan tinggi satu pasokan untuk aplikasi pengukuran jarak TOF. Dispersi penurunan propagasi rendahnya, 10-pikosekon, berkontribusi pada deteksi yang akurat dari objek tetap dan bergerak. "Dispersi penurunan yang lebih rendah dan lebih banyak saluran per sistem memungkinkan pengukuran waktu yang lebih presisi, sehingga meningkatkan resolusi sistem dan memungkinkan kecepatan pengemudi yang lebih tinggi," kata Gavardoni.
MAX40026 memiliki rentang mode common-mode input 1,5 V hingga VDD + 0,1 V, kompatibel dengan goyangan output beberapa TIA kecepatan tinggi yang banyak digunakan. Tingkat output signaling diferensial tegangan rendah (LVDS) meminimalkan disipasi daya dan terhubung langsung dengan banyak FPGA dan CPU (Figure 5).
Ukuran solusi baru ini lebih dikurangi, memungkinkan lebih banyak saluran untuk dimasukkan ke platform kendaraan dengan ruang yang terbatas. Rangkaian terpadu ini memenuhi persyaratan keamanan paling ketat industri otomotif, dengan kualifikasi AEC-Q100, performa penahanan elektrostatis (ESD) yang ditingkatkan, dan analisis efek dan diagnostik (FMEDA), untuk mendukung sertifikasi ISO 26262 pada tingkat sistem.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan di situs saudara kami, EE Times Europe.
