Modul LiDAR mendukung peningkatan kecepatan jalan raya

Munculnya self-driving telah secara meyakinkan memperluas kehadiran sensor deteksi dan jangkauan pencitraan laser (LiDAR) di platform elektronik otomotif. LiDAR bekerja sesuai dengan prinsip radar tetapi menggunakan pulsa cahaya yang dipancarkan oleh dioda laser inframerah.

Komparator kecepatan tinggi MAX40026 baru dari Maxim Integrated dan penguat transimpedansi bandwidth tinggi (TIA) MAX40660/MAX40661 memungkinkan pengemudian otonom 15 km/jam lebih cepat pada kecepatan jalan raya dengan menggandakan bandwidth dan menambahkan 32 saluran (dengan total 128, bukan 96) di modul LiDAR dengan ukuran yang sama.

Apa itu LIDAR?

Maxim's Maurizio Gavardoni mendemonstrasikan papan evaluasi untuk sistem penerima LiDAR empat saluran.
Ini termasuk fotodioda optik dari First Sensor dan TIA Maxim yang baru diluncurkan serta komparator berkecepatan tinggi. (Gambar:Maxim Integrated)

Seiring dengan kecerdasan buatan, kamera, dan radar, sensor sangat diperlukan untuk mengemudi dengan bantuan dan otonom. Karena mereka dapat memberikan pengukuran objek yang akurat dan mendeteksi rintangan di jalan — dahan pohon tumbang, mobil lain, atau bahkan seorang anak yang melesat ke lalu lintas — sensor LiDAR telah membantu memajukan penerapan sistem bantuan pengemudi (ADAS) canggih dan penting untuk pengembangan kendaraan otonom (AV). Persepsi AV tentang lingkungan sekitar harus sangat tepat, itulah sebabnya robocar eksperimental penuh dengan sensor. Penggunaan sistem pencahayaan laser memungkinkan mobil swakemudi dioperasikan dalam kondisi rendah atau tanpa visibilitas dan bahkan tanpa marka jalan.

“Sensor LiDAR memainkan peran yang meningkat dalam fusi sensor kendaraan karena kemampuannya untuk 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 dideteksi secara memadai oleh fotodioda, memungkinkan Anda memetakan lingkungan sekitar.”

Sistem LiDAR didasarkan pada time of flight (ToF), yang mengukur peristiwa waktu yang tepat (Gambar 1). Perkembangan terbaru telah melihat beberapa sistem LiDAR multibeam, yang menghasilkan gambar 3D yang tepat dari lingkungan di sekitar kendaraan. Informasi ini digunakan untuk memilih manuver mengemudi yang paling tepat.

Gambar 1:Diagram fungsional waktu penerbangan (Gambar:Maxim Integrated)

Gambar 2 menunjukkan tata letak dasar sensor LiDAR. Ada dua tipe dasar sistem LiDAR:mikropulse LiDAR dan energi tinggi. Sistem micropulse telah dikembangkan sebagai hasil dari daya komputasi yang terus meningkat yang tersedia dan kemajuan teknologi laser. Sistem baru ini menggunakan daya yang sangat rendah, dalam urutan 1 W, dan sepenuhnya aman untuk sebagian besar aplikasi. LiDAR berenergi tinggi, di sisi lain, umum dalam sistem pemantauan atmosfer, di mana sensor digunakan untuk mendeteksi parameter atmosfer seperti ketinggian, stratifikasi, dan kepadatan awan.

Gambar 2:Tata letak umum sensor LiDAR dengan komponen elektronik utama ditampilkan (Gambar:Maxim Integrated)

“Sistem self-driving otomotif berkembang dari 35 mph menjadi 65 mph dan lebih, tetapi sistem self-driving otonom yang lebih cepat sangat penting,” kata Gavardoni. “Tantangan dalam memenuhi tuntutan ini [diterjemahkan] ke dalam pengukuran jarak presisi tinggi dari objek, [membutuhkan] lebih banyak akurasi, lebih banyak saluran agar sesuai dengan platform terbatas ruang, [dan kepatuhan dengan] persyaratan keselamatan yang ketat.”

Perangkat keras LiDAR

Dalam proyek LiDAR, penguat transimpedansi adalah bagian terpenting dari tata letak elektronik. Kebisingan rendah, penguatan tinggi, penundaan grup rendah, dan pemulihan cepat dari kelebihan beban menjadikan Maxim TIA baru ideal untuk aplikasi pengukuran jarak.

Sirkuit TIA sering digunakan dalam aplikasi yang berbagi kebutuhan sirkuit untuk menyangga dan menskalakan keluaran solusi elektro-optik untuk mencapai kecepatan tinggi dan rentang dinamis tinggi. TIA adalah konverter arus ke tegangan, hampir secara eksklusif diimplementasikan dengan satu atau lebih penguat operasional (Gambar 3).

Gambar 3:Tata letak umum TIA dengan fotodioda polarisasi terbalik (Gambar:Wikipedia)

Fototransistor dan fotodioda terkait erat dan mengubah sinar laser menjadi arus listrik. Untuk mencapai kinerja maksimum dari perangkat ini, desainer harus memberikan perhatian khusus pada sirkuit antarmuka, panjang gelombang, dan penyelarasan optik-mekanis. Amplifier transimpedansi MAX40660/MAX40661 memungkinkan sistem self-driving yang jauh lebih cepat menggunakan resolusi tinggi. TIA mengurangi konsumsi arus lebih dari 80% dalam mode daya rendah. TIA Maxim mendukung 128 saluran dengan bandwidth 490 MHz untuk kepadatan kebisingan MAX40660 dan 2,1-pA/√Hz untuk memberikan akurasi pengukuran yang lebih baik (Gambar 4).

Gambar 4:Diagram blok MAX40660 (Gambar:Maxim Integrated)

MAX40026, sementara itu, adalah komparator berkecepatan tinggi dengan pasokan tunggal untuk aplikasi pengukuran jarak TOF. Dispersi penundaan propagasi 10-pikodetik yang rendah berkontribusi pada deteksi akurat objek tetap dan bergerak. “Penundaan dispersi yang lebih rendah dan lebih banyak saluran per sistem memungkinkan pengukuran waktu yang lebih tepat, sehingga meningkatkan resolusi sistem dan memungkinkan kecepatan mengemudi yang lebih tinggi,” kata Gavardoni.

MAX40026 memiliki rentang mode umum input 1,5 V hingga VDD + 0,1 V, kompatibel dengan ayunan keluaran dari beberapa TIA berkecepatan tinggi yang banyak digunakan. Tahap keluaran pensinyalan diferensial tegangan rendah (LVDS) meminimalkan disipasi daya dan antarmuka langsung dengan banyak FPGA dan CPU (Gambar 5).

Gambar 5:Diagram fungsional MAX40026 (Gambar:Maxim Integrated)

Ukuran solusi baru semakin berkurang, memungkinkan lebih banyak saluran untuk dimasukkan ke platform kendaraan dengan ruang terbatas. Sirkuit terpadu ini memenuhi persyaratan keselamatan paling ketat di industri otomotif, dengan kualifikasi AEC-Q100, peningkatan kinerja pelepasan muatan listrik statis (ESD), dan analisis efek dan diagnostik (FMEDA), untuk mendukung sertifikasi ISO 26262 di tingkat sistem.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EE Times Europe.