Maxim 先进 LiDAR 模块让自动驾驶高速公路行驶提速 15 km/h

自动驾驶的到来决定性地扩展了激光成像探测与测距（LiDAR）传感器在汽车电子平台的存在。LiDAR 按雷达原理工作，但使用红外激光二极管发射的光脉冲。

Maxim Integrated 的新款 MAX40026 高速比较器和 MAX40660/MAX40661 高带宽跨阻放大器（TIA），通过在同尺寸 LiDAR 模块中将带宽翻倍、增加 32 通道（总计 128 而非 96），使高速公路自动驾驶速度提升 15 km/h。

什么是 LiDAR？

Maxim 的 Maurizio Gavardoni 演示四通道 LiDAR 接收系统评估板。
包含 First Sensor 光电二极管和 Maxim 新发布的 TIA 与高速比较器。（图片：Maxim Integrated）

除人工智能、摄像头和雷达外，传感器是辅助和自动驾驶不可或缺的一环。因其能提供物体精准测距和检测道路障碍物——倒伏树枝、其他车辆、甚至冲入车道的儿童——LiDAR 传感器推动了高级驾驶辅助系统（ADAS）采用，对自动驾驶汽车（AV）开发至关重要。AV 对周围环境的感知必须极其精准，因此实验性机器人车装满传感器。激光照明系统让自动驾驶汽车在低能见度甚至无能见度条件下、甚至无路标情况下运行。

"LiDAR 传感器在车辆传感器融合中扮演越来越重要的角色，因其提供精准物体测距能力，" Maxim Integrated 技术首席工程师 Maurizio Gavardoni 说。"典型 LiDAR 发射光脉冲，经物体反射并被光电二极管充分检测，从而绘制周围环境地图。"

LiDAR 系统基于飞行时间（ToF），测量精确时序事件（图 1）。最新发展出现多波束 LiDAR 系统，生成车辆周围精确 3D 环境图像。该信息用于选择最合适的驾驶操作。

图 1：飞行时间功能框图（图片：Maxim Integrated）

图 2 展示 LiDAR 传感器基本布局。两种基本 LiDAR 系统：微脉冲和高能。微脉冲系统得益于不断增长的算力和激光技术进步。这些新系统功耗极低，约 1W 量级，对大多数应用完全安全。高能 LiDAR 则常用于大气监测系统，检测高度、分层、云密度等大气参数。

图 2：显示主要电子部件的 LiDAR 传感器通用布局（图片：Maxim Integrated）

"汽车自动驾驶系统从 35 mph 向 65 mph 乃至更高演进，但更快的自动驾驶系统至关重要，" Gavardoni 说。"满足这些需求的挑战转化为物体高精度测距，需要更高精度、更多通道适配空间受限平台、并符合严格安全要求。"

LiDAR 硬件

在 LiDAR 项目中，跨阻放大器是电子布局最关键部分。低噪声、高增益、低群延迟、过载快速恢复使新 Maxim TIA 成为测距应用的理想选择。

TIA 电路常用于需要缓冲和缩放电光方案输出以实现高速高动态范围的应用。TIA 是电流-电压转换器，几乎完全用一个或多个运算放大器实现（图 3）。

图 3：反向偏置光电二极管 TIA 通用布局（图片：Wikipedia）

光晶体管和光电二极管紧密相关，将入射激光转换为电流。为从这些器件获得最大性能，设计师必须特别关注接口电路、波长和光机对准。MAX40660/MAX40661 跨阻放大器利用高分辨率实现更快自动驾驶系统。TIA 在低功耗模式下将电流消耗降低 80% 以上。Maxim TIA 支持 128 通道，MAX40660 带宽 490 MHz，噪声密度 2.1-pA/√Hz，提供更高测量精度（图 4）。

图 4：MAX40660 方框图（图片：Maxim Integrated）

同时，MAX40026 是用于 ToF 测距应用的单电源高速比较器。其低至 10 皮秒传播延迟色散有助于精准检测固定和移动物体。"更低色散延迟和单系统更多通道实现更精确时序测量，从而提升系统分辨率并实现更高驾驶速度，" Gavardoni 说。

MAX40026 输入共模范围 1.5V 至 VDD+0.1V，兼容多款广泛使用的高速 TIA 输出摆幅。低压差分信号（LVDS）输出级最小化功耗并直接与许多 FPGA 和 CPU 接口（图 5）。

图 5：MAX40026 功能框图（图片：Maxim Integrated）

新方案尺寸进一步缩小，允许在空间受限车辆平台插入更多通道。这些集成电路满足汽车行业最严格安全要求，具备 AEC-Q100 认证、改进的静电放电（ESD）性能、故障模式影响与诊断分析（FMEDA），支持系统级 ISO 26262 认证。

>> 本文原发于姊妹站 EE Times Europe。