תפקיד Adcs ב- האוטונומית כלי רכב

תפקידה של ADCs ב-ADCs Auto Sensor Systems

כלי רכב אוטונומיים מסתמכים על רשת מורכבת של חיישנים כדי להבין את סביבתם, לנווט בבטחה ולקבל החלטות נהיגה בזמן אמת. LiDAR, מכ"ם, מצלמות, חיישנים קוליים, ודימויים תרמיים מייצרים אותות אנלוגיים שיש להמיר אותם לנתונים דיגיטליים לפני במחשבים על גבי לוח יכולים לעבד אותם.ה המרה זו מבוצעת על ידי אנליסטים-to-Digitalers (ADCs), שהם מרכיבים קריטיים בשרשרת ה-Cs, במיוחד, המניעהאפקטים של תפקודים אוטונומיים של מערכת סטנדרטיים של תפקודים של תקן ADC ו-C, ובמיוחד את התכונות של תפקודים של מערכת ה-C.

הבנת ADCs ברכבים אוטונומיים

ממיר אנלוגי אנליגנו-ל-Digital הופך אותות אנלוגיים מתמשכים - כגון רמות מתח מ photodetectors, אותות תדר רדיו ממקבלי מכ"ם, או ערכי פיקסל מחיישנים תמונה - כדי לנפץ מספרים דיגיטליים שניתן לעבד על ידי microcontrollers, FPGAs, או מערכת-on-chips. בכלי רכב אוטונומיים, הנתונים חייבים להיות מוקרן עם נאמנות גבוהה כדי לשמר את הפרטים העדינים, ולסמן, כדי לזהות, ולכוון, לזהות פרטים על-מערכת-על-על-על-על-על-על-על-על-על-על-ידי סיווג, או לזהות, או לזהות, או לזהות, או לזהות, או לזהות, או לתקן את הפרטים.

תהליך ההמרה כולל שני שלבים מרכזיים: דגימה ו קוונטיזציה. סמפל מודד את אות amplitude במרווחים קבועים; קוונטיזציה מקצה ערך דיגיטלי דיסקרטי לכל מדגם.איכות ההמרה הזו תלויה בהחלטה של ADC (מספר סיביות) וקצב הדגימה שלו.אם ה- ADC מציג שגיאות, האלגוריתמים מטה הזרם עלולים לנטר את הסביבה הלא נכונה, או למזער את התשובות הלא נכונות ברזולוציה מהירה של הולכי רגל.

באדריכלות היתוך רכב אוטונומי, מספר ADCs לפעול במקביל, כל אחד מהם מגיש סוג חיישן מסוים.הביצועים המשולבים שלהם מגדיר את הייצוג הדיגיטלי של העולם כי ערימה התפיסה בונה.מעצבים חייב לבחור בקפידה פרמטרים ADC כדי להתאים את המאפיינים הפיזיים של החיישן ואת דרישות כיתה הרכב, כולל סובלנות טמפרטורה, התנגדות רטט ואמינות ארוכת טווח.

פונקציות מפתח של ADCs במערכות חיישן

ADCs לבצע מספר פונקציות קריטיות המשפיעות ישירות על איכות וזמן של הנתונים הדיגיטליים המזינים לאלגוריתמים נהיגה אוטונומיים.הבנת פונקציות אלה מסייעת למהנדסים לייעל את שרשרת החיישן מהחזית האנלוגית לתוכנה.

תגית: Conversion

הפונקציה העיקרית של ADC היא להמיר את הפלט האנלוגי של חיישן - כגון זרם photodiode ב המקלט LiDAR או מתח ממיקסר מכ"ם - במילה דיגיטלית בינארית, המרה זו חייבת לשמר את השלמות של האות, כלומר, הפלט הדיגיטלי צריך להיות ייצוג נאמן של קלט אנלוגי בתוך הרזולוציה והטווח הדינמי.

החלטה ו- bit Depth

החלטה, המובאת ב bits, קובעת את השינוי הקטן ביותר בקלט אנלוגי ש- ADC יכול לזהות.רזולוציה גבוהה יותר מאפשרת גרניטריות דקירה יותר בייצוג הדיגיטלי, שהוא חיוני לחיישנים שצריכים ללכוד וריאציות אותות עדינות.לדוגמה, 12 סיביות ADC מציע 4096 רמות של המרה דיסקרטיות גבוהות יותר, בעוד ש-ADC מציעות של 16 סיביות גבוהות יותר של מערכות LiDAR, מאפשרות הפרדה טובה יותר של אובייקטים בטווח הקצר יותר.

שיעור הנפיחות

שיעור הדגימה, שנמדד בדגימות לשנייה (SPS), מכתיב באיזו תדירות ADC מדגיד את האות האנלוגית באופן ישיר על פי המשפט Nyquist-Shannon, שיעור הדגימה חייב להיות לפחות פעמיים המרכיב התדירות הגבוה ביותר של האות כדי למנוע חיישנים זמניים (pipsing) אבל מערכות מכ"ם פועלות בדרך כלל עם רוחב פס רחב (עד כמה GHz), דורשות דגימה בקצב של 2 (R) נמוך יותר משיעורי תיבות של s) או נמוך יותר של s) של מספר sph (DPS (R) או נמוך יותר, אך נמוך יותר, לעומת 2.

טווח דינמי

טווח דינמי הוא היחס בין האות הגדול הקטן ביותר ADC יכול להמיר במדויק, בדרך כלל בא לידי ביטוי ב decibels (dB) ב נהיגה אוטונומית, חיישנים חייבים להתמודד עם מגוון רחב של אותות: LiDAR עשוי לראות החזרים בהירים מ רטרוreflectors ודפוס קלוש מלבוש כהה; מכ"ם חייב להבחין משאית מהולכי רגל במרחקים שונים; מצלמות חייב להתמודד עם השמש וצליח עמוק של אותות דינמיים.

שקיפות

שקיפות נמוכה היא קריטית בכלי רכב אוטונומיים שבו קבלת ההחלטות חייבת להתרחש בתוך מילימטרים.זמן ההמרה ADC תורם לעיכוב החיישן הכולל של ה-ADCs מציעים שקיפות נמוכה מאוד על ידי המרת דגימות חדשות ברציפות, בעוד ש-ADC-approximation (SAR) יש עצלות בינונית אבל הם יותר יעילות אבטחה.

סוגים של ADCs המשמשים חיישנים אוטונומיים של רכב

שיטות חיישן שונות להטיל דרישות נפרדות על ארכיטקטורת ADC.אין סוג אחד של ADC אופטימלי עבור כל היישומים; במקום זאת, מעצבים לבחור ממספר התנצלויות מבוססות על מהירות, החלטה, כוח, מגבלות עלות.

נספח (SAR) ADCs

SAR ADCs פועל על ידי ביצוע חיפוש בינארי באמצעות סדרה של השוואות כדי לתכנס על הפלט הדיגיטלי.הם מציעים איזון טוב בין החלטה (בדרך כלל 8-16 ביטים) ושיעורים דגימה עד כמה MSPS. car SAR ADCs משמשים נרחב ב- LiDARLS וכמה ממשקי מצלמה בגלל המהירות המתונה, נמוכה, וקלות של שילוב עם לוגיקה דיגיטלית, יש שיפור של פחות מ- 0.

דלתא-סיגמה ( ⁇ ) ADCs

דלתא-sigma ADCs להשתמש oversampling ורעש עיצוב כדי להשיג מאוד גבוה, לעתים קרובות 16-24 ביטים או יותר. הם אידיאלי עבור יישומים הדורשים טווח דינמי מעולה דיוק נמוך קידוד, כגון FMCW LiDAR עיבוד אותות או מדידה מרחוק קולי.המסחר הוא כי דלטה-sigma ADCs בדרך כלל לפעול בשיעורי דגימה נמוכים יותר (עשרות של טריליון) עבור כלי רכב אוטונומיים הם לעתים קרובות יותר.

המונחים: ADCs

פיפיר ADCs לשבור את ההמרה לתוך שלבים מרובים, כל פתרון כמה ביטים, המאפשרים שיעורי דגימה גבוהה מאוד - מעשרות MSPS ועד כמה GSPS - עם החלטה מתונה (8-14 ביטים) אדריכלות זו היא הבחירה עבור מקלטי מכ"ם כי צריך לדיגיטלית תדר ביניים רחב (IF) ללא נוסחאות.P ADCs משמשים גם במהירות גבוהה לקריאה של מצלמות רדיוריות ולהפחית כמה זמן תיקון אווירי.

פלאש ADCs (For Context)

פלאש ADCs, אשר משתמש בנק של מחוקקים להמיר את האות כולו במחזור שעון אחד, מציעים מהירויות גבוהות מאוד (טווחGSPS) אבל הם מוגבלים להחלטות נמוכות (בעיקר 4-8 ביטים) בשל צמיחה אקספוננציאלית ספירת קומפוטור. בעוד שלא נפוץ חיישני ייצור אוטונומיים, פלאש ADCs משמשים לעתים בציוד מבוסס במהירות גבוהה של oscilloscope עבור מערכות חיישן, עשוי להופיע מוקדם של מכ"ם או מערכת הפעלה אופטית, כגון קישורים מיוחדים.

דרישות ביצועים של חיישן Type

כל חיישן ברכב אוטונומי מטיל דרישות ייחודיות על ה- ADC.פגישת דרישות אלה מבטיחה שהאות הדיגיטלי מייצג במדויק את התופעות הפיזיות שהחיישנים נועדו למדוד.

LiDAR

חיישני LiDAR מודדים מרחקים על ידי פולטת הדופקים לייזר וגילוי ההשתקפות שלהם. ADC במקלט LiDAR חייב להתמודד עם הדופק המהיר, הצר - לעתים קרובות בטווח ננו השני - החל את שיעורי הדגימה של 1 GSPS או גבוה יותר עבור מערכות זמן של טיסה. LIDSAR הוא טיפוסי, עם החלטות גבוהות יותר המאפשרות אפליה טובה יותר של מספר פעמים מיצרנים של מהירות נמוכה (LAR) מכיל לעתים קרובות טווח דינמי מאוד.

רדאר

מכ"ם הרכב פועל בלהקות תדר כגון 77 GHz ומשתמש במודולציה FMCW. המקלט המכ"ם מקטין את הד לסימן IF, אשר חייב להיות דיגיטלי עם מהירות גבוהה (בדרך כלל 50-200 MSPS) ורזולוציה מספקת (12-14 ביטים) כדי לפתור מטרות קטנות בנוכחות קלאופטטר חזק.

מצלמות Sensors

חיישני תמונה - CMOS או CCD - inegrate ADCs ישירות על שבב החיישן או במעגל Readout. מצלמות רכב מודרני להשתמש ב- ADCs (לעתים קרובות SAR או יחיד-slope) עם 10-14 סיביות של החלטה.הקצב המרה חייב להיות גבוה מספיק כדי לתמוך קצב פיקסל: מצלמה 4K ב 60 fps עשוי לדרוש מאות של MSPS באמצעות טווח דינמי (H) טיפול גם לחץ דם חיוני כדי לחץ דם נמוך.

חיישנים לא חוקיים

חיישנים לא חוקיים המשמשים חניה ותמרונים מהירים נמוכים פולטים דופק בטווח 40-60 kHz.האותים המשתקפות איטיות יחסית, כך ששיעורי דגימה של 1–2 MSPS עם 10-12 ביטים הם מספיקים.

חשיבות ביצועי ADC לבטיחות ולאמינות

הביצועים של ADCs משפיעים ישירות על הבטיחות והאמינות של מערכות נהיגה אוטונומיות.הדיגיטליזציה של Inaccurate יכולה לגרום שגיאות תפיסה שמובילות למכשולים מפספסים, חיובי כוזב, או עיכובים בחזה.עבור רכב אוטונומי להשגת תקני בטיחות פונקציונליים כגון ISO 26262, כל רכיב בשרשרת החיישן חייב לעמוד בדרישות קפדניות לכיסוי אבחון וכישלון. ADC המשמשות בפונקציות קריטיות בטיחות חייב לכלול עצמיות של 125 מעלות צלזיוס) כדי לאמת את רמת דיוק גבוהה יותר מאשר את רמת דיוק גבוהה יותר מאשר את תקן הרכב (C).

במהירות גבוהה, ברזולוציה גבוהה ADCs גם להפחית את הצורך אנלוגי מורכב לפני עיבוד, לפשט את עיצוב החיישן הכולל וצמצום שטח הלוח. שילוב זה הוא חלק מהמגמה לעבר פלטפורמות נהיגה קטנות ויעילות יותר.כפי יצרני רכב לדחוף לרמה 5 אוטונומיה, הביקוש ל- ADCs שיכול להתמודד עם רוחב פס גבוה יותר עם כוח נמוך יותר רק מגביר.

אתגרים ושיקולים ב-ADC

שילוב ביצועים גבוהים של ADCs לתוך מערכות חיישן רכב אוטונומי מציג כמה אתגרים הנדסיים שיש לטפל בהם כדי להשיג עיצובים מוכנים ייצור.

רעש וזיהוי אינטגרליות

רעש חשמלי מהמעגל של הרכב, EMI מאלקטרוניקה צמודה, ורעש תרמי ב- ADC עצמו יכול להפיג את דיוק ההמרה.מעצבים חייבים לעצב בקפידה אנלוגיים וקטעים דיגיטליים כדי למזער את ההפיכה, להשתמש בסימן שונה במידת האפשר, ולשלב סינון. ADCs ברמת הרכב מציעים יחס אספקת חשמל גבוה (PSRR) כדי לעמוד בתנודות במערכת החשמל של הרכב.

כוח

כלי רכב אוטונומיים יש יכולת סוללות מוגבלת, וכל רכיב תורם לתקציב האנרגיה הכולל. ADCs כי לצרוך יותר מדי כוח עשוי לדרוש קירור פעיל, עלייה בגודל ומורכבות. SAR ו- sigma-delta ADCs הם בדרך כלל יעיל כוח, אבל מאוד מהירות צינורות ADC עבור מכ"ם יכול להתפזר כמה וואטים טכניקות, כגון דינמיקה ותדירות מדרגת (FS) הם פחות חיישנים פעילים כדי להפחית את החיישנים פחות.

גודל ואינטגרציה

מודולים חושיים בכלי רכב אוטונומיים הם מאומנים בחלל, במיוחד כאשר חיישנים מרובים רכובים על הגג או בפגוש. ADCs חייב להיות מיניוורט, לעתים קרובות משולבים לתוך מודולים של מערכת-in-in-package (SiP) לצד חיישן הקדמי ו עיבוד דיגיטלי. Multi-channel ADCs שיכול לשרת מספר חיישנים במקביל לעזור להפחית את ספירת הרכיבים.

ניהול ארס

חום שנוצר על ידי ADCs ואלקטרוניקה אחרים יכול לסחף את המאפיינים האנלוגיים של החיישן ולהקטין את האמינות. ADCs עם משככי טמפרטורה נמוכה ותגמול על שבב הם הכרחיים.עבור חיישנים חשופים לשמש ישירה (למשל, מצלמות ליד הרוחברד), ADC חייב לשמור על דיוק גם כאשר עלייה בטמפרטורות.

אלקטרומגנטי הבין-לאומית (EMI)

המעבר הגבוה ב- ADCs יכול לקרין רעש המשפיע על מעגלים רגישים סמוכים.רכב ADCs מתוכננים עם קלטות שונות, קידוד משולב, ושעון ספקטרום להפיץ כדי לציית לתקני פליטות CISPR 25. ולהיפך, ADC חייב להיות גם חסין להפרעה חיצונית של מערכות אלקטרוניות אחרות של הרכב.

מגמות עתידיות ב-ADC לרכבים אוטונומיים

האבולוציה של נהיגה אוטונומית ממשיכה להניע חדשנות בטכנולוגיית ADC. מגמות רבות מעצבות את הדור הבא של ממשקי חיישן.

יותר החלטה וטווח דינמי

כדי לשפר את גילוי האובייקט בטווחים ארוכים ובחשיפה לקויה, ADCs נעים לכיוון 16 סיביות ואפילו 18-bit החלטות עם טווחים דינמיים מעל 100 dB. זה חשוב במיוחד עבור מערכות לידר מתקדמות ורדאר כי צריך להבחין אותות קטנים מאוד מרעש.זמן-טווח זמן קצר אדריכלות היברידית היברידית (למשל, שילוב SAR עם דל-sigma) הם לחקור כדי להשיג אותות קטנים מאוד ממהירות זו ללא סיבוכים אלה.

אינטגרציה עם אנליסטים Front-Ends

במקום להפריד ADCs, שבבי חיישן משלבים את שרשרת האותות כולה – כולל מגבר, מסננים ו- ADCs - שבב יחיד.זה מקטין את הטפילטיקה, מוריד את הכוח, וסימולציות תכנון לוח. חברות כמו Texas Instruments ו- Analog מכשירים מציעים פתרונות אנלוגיים ל-AFE) במיוחד עבור סוללות ו- Lidar.

AI-Assisted Conversion

חלק מהמחקרים בוחנים את השימוש ברשתות עצביות כדי לפצות על פגמים של ADC או לבצע הדגימה חכמה המפחיתה את נפח הנתונים תוך שמירה על תכונות חשובות.

Bandgap Semiconductors

גליום ניטרייד (GaN) וסיליקון גרמניה (SiGe) תהליכים מציעים מתחים התמוטטות גבוה יותר רעש נמוך, המאפשר ADCs לפעול בתדרים גבוהים יותר עם לינאריות טובה יותר.חומרים אלה צפויים לשחק תפקיד בדור הבא של מכ"ם רכב ADCs מיקוד 4D הדמיה עם רוחב פס של כמה ג'יגההרץ.

אדריכלות רב-הפנטל והזמן-Interleaved Architectures

כדי לעמוד בקצב הנתונים של חיישנים ברזולוציה גבוהה, ADCs נועדו עם ערוצים מקבילים רבים על שבב יחיד.זמן-intersideed ADCs משלבים מספר רב של ממרים איטיים יותר להגיע לשיעור GSPS תוך שמירה על כוח מתון. Synchronization ואלגוריתם calibration הם קריטי להימנע מפרסום לא תואם, ו- ADCs מודרניים כוללים פוסט-מעבד דיגיטלי כדי להשיג, החל מתזמון, ותזמון בזמן אמת.

מסקנה

ממריצים אנליסטים-ל-Digital הם מרכיבים בסיסיים במערכות החיישן של כלי רכב אוטונומיים.מ- LiDAR ו- מכ"ם למצלמות וחיישנים קוליים, ADCs לגשר על הפער בין העולם הפיזי לבין האלגוריתמים הדיגיטליים המפרשים אותו.הבחירה הזהירה של ארכיטקטורת ADC, פתרון, עמידה בקצב המוצץ וטווח דינמי קובע ישירות כיצד הרכב תופס את הסביבה שלו בבטחה כיצד הוא יכול לפעול כטכנולוגיה אוטונומית, כדי להמשיך לפתח טרנדים, כדי לפתח תקנים גבוהים יותר, כדי לפתח את התקני אבטחה גבוהים יותר, וטכנולוגיות יעילות, להמשיך את התקני אבטחה.

לקריאה נוספת על ארכיטקטורות ADC ושילוב רכב, מתייחס לפתרונות ADASLT:0 (ADC Basics) ADC BasicsFLT:1,FLT:2Texas Instruments's ADAS SolutionsFLT 3:, ו-FLT:4IEEE נייר על דרישות רכב ADC:5 ).