Lidar ve A Özerk Araç Navigation için Yüksek Hızlı Adcs

Yüksek hızlı analog-enerji dönüştürücüleri (ADC) için, önbellek ve özerk araç navigasyonu yarı iletken fiziğin, devre tasarımı ve sistem entegrasyonunu zorlayan bir disiplindir.Bu dönüştürücüler, aynı anda gigasamples-per-saniye (GSPS) dönüşüm oranlarına sahip olabilecek, yüksek zamanlı bulutların sınırlarını zorlayan ve yüksek derecede yüksek derecede yüksek derecede yüksek performanslı bir dizi dijital algılama ve aşırı güç tüketimi asla daha büyük olmamıştır.

Lidar Signal Zincirindeki ADCs Rolü

Modern kapak sistemleri kısa lazer puls yayıyor - resimde nanosaniye aralığına kadar – ve yansıyan ışığın zaman ışığını ölçmek. alıcı ön uçları optik geri dönüşleri bir akıma dönüştürür, ADC'ye verir ve bir yağmurdan, fogDC'ye veya kısmi bir engellenmeden önce bu sinyali örneklemelidir; hatta birkaç resimli jitterin sıra dışı bir hatanın santimetresine çevirebilir.

Zaman ışığında, frekans ayarlı sürekli dalga (FMCW) kapaklı algılama gerektirir, ADC'nin bu yollakir ve geri dönüş sinyali arasında yen frekansı yakaladığı, ADC, en katı lineer lineer lineer ve gürültü gereksinimlerine, genellikle çok yönlü bant genişliğine sahip.

Yüksek Hız Lidar ADCs için Anahtar Tasarım Challenges

Özerk navigasyon için gerekli olan hassaslığı korumak için 1 GHz'lerin üzerinde frekanslarda çalışan ADC'ler geliştirmek çok yönlü bir meydan okuma sunmaktadır. Bunlar dört ana alana gruplanabilir: sinyal bütünlüğü, güç dağılımı, çözünürlük vs. hız ticaret-offs ve geçncy.

Signal Integrity at Multi-GHz Frequencies

Örnekleme oranları 1 GSPS'yi aşıyor, her iz ve bağ teli bir iletim hattı haline gelir. Impedance yanlış bir sinyal yolu korumak için yanlış bir sinyal hattını kullanın ve elektromanyetik müdahale (EMI) her saat dönüştürücü sinyalini her zaman kanala ulaşır ve dönüştürücüyü azaltır.

Güç Dissipation ve Termal Yönetim

Yüksek hızlı ADCs güç alıcıdır. Tipik bir 4-GSPS, 12-bit dönüştürücü birkaç watt kullanabilir ve birden fazla kapaklı ünite ile bir araçta, bu ısı aktif sıvı soğutma olmadan kaldırılmalıdır. Power verimliliği (measured in pJ/con-step), ileri düzey düğümler (örneğin, 16nm FinFET) ve ısıtılması için kritik bir mantıktır.

Hız Ticareti –

Yüksek çözünürlük dönüşüm yavaşlatır çünkü her bir miktar daha fazla hesaplamak veya dönüşüm döngüsü gerektirir. Forpressar, tipik çözünürlükler 10 ila 14 bit arasında değişebilir. 10-bit ADCs çok yüksek hızlara ulaşabilir (örneğin, 10 GSPS) ancak kanal başına daha düşük dinamik aralığı sağlarken, 14-bit dönüştürücüler sabit doğrusal olmayan sinyalleri sunar ancak 23 GSPS'de üstlenebilir.

Gerçek Zaman Kontrolü için Düşük Latency

Özerk araçlar milisaniyelerde tepki vermeli. Boru hatları ADC ve sonraki işlem zinciri aracılığıyla gecikmeler bir araya gelir. Acil frenleme gibi zaman kritik kararlar, hatta ADC dönüşüm geçncylerinin birkaç mikrosaniyesi sorunlu olabilir. Boru hattı ADC ADC'ler birkaç saat boyunca gecikmeler tanıtıyor ve ADC'yi bir araya getiriyorlar.

Lidar ADCs için kritik performans değerleri

Örnekleme oranı ve çözümün ötesinde, ADC'nin otomotiv kapakları için uygun olup olmadığını birkaç daha az şaşırtıcı ölçümler tespit eder.

Yüksek Hızlı Lidar için ADC Mimarileri

Tek ADC mimarisi tüm kapak uygulamaları için en uygun değildir. Seçim hız, çözünürlük, güç ve kanal sayın gerekli kombinasyonuna bağlıdır.

Flash ADCs

Flash dönüştürücüler, tek bir saat döngüsündeki dönüşümleri gerçekleştirmek için bir banka kullanıyor, en yüksek hızlara ( GSPS’nin en yüksek hızlara ulaşma) sahip oluyor, ancak, hesaplamanın kendi düşük çözünürlüklü ADC'ye sahip olduğu sabit kalır.

Borud ADCs

Borulu mimariler dönüşümü birkaç aşamaya kırıyor, her biri kendi örneğiyle ve en yüksek çözünürlük ADC ve rejektörleri.Onlar, dijital kalibrasyonu (birkaç GSPS'ye kadar) ve çözünürlük (12-14 bit) Power tüketimi orta ve geç kalıyor.

Başarıcı (SAR) ADCs

SAR ADCs mükemmel güç verimliliği ve küçük alanı ile tanınır. Geleneksel SAR dönüştürücüler birkaç yüz MSPS ile sınırlıdır, ancak zaman boyunca kompakt kapaklı modüllerde popüler hale gelir.

Zaman Zamanlı ADCs

Zaman boyu süren bir tekniktir, temel zorluk yanlış bir şekilde çoğaltılabilir: kanallar arasında kesintiler meydana gelir, SAR veya hatta flaş). M paralel ADCs çalışırken, sabit örnekleme oranı M. tarafından çoğaltılır ve 10 GSPS veya daha fazla 12-bit çözünürlükte çalışır.

Performansı artırmak için Gelişmiş Teknikler

ADC'leri geleneksel sınırların ötesinde zorlamak için mühendisler, gelişmiş bir tasarım ve kalibrasyon tekniklerinin bir yelpazesini benimsemiştir.

Dijital Kalibrasyon ve Arka Plan Tuning

Analog kusurlar - son derece yanlış eşleştirmeler, son derece belirsiz bir amortis kazanım, kapasitör doğrusal olmayanlar - dijital alanda yüksek performans sağlamak için ADC'nin, sürekli olarak dijital çıktıyı izleyen ve kalibrasyon katlarını ayarlayan birçok modern yüksek hızlı ADC'nin, dengeleme, lineerlik ve hatta ADC'nin dijital dönüşüm süresini düzeltmesine olanak sağlar.

Coherent Tespit ve I /Q Demodulation

FMCW için, ADC genellikle doğrudan ADC çipine sayısal olarak işaret eder (IF) optik karıştırmadan sonra işarettir. Gereklilik, ham örnekleme oranı ve daha geniş dinamik aralığı ve düşük faz gürültüsü hakkında daha azdır. Bazı tasarımları ADC çipine bağlanır, analog ön uç karmaşıklığı azaltır ve gürültüyü geliştirir.

Kirişleme ve Çok-Channel senkronizasyon

Fazdarray kapakları, kirişi elektronik olarak yönlendirmek için birçok paralel kanal kullanıyor. Her kanal, ADC'yi kaybetmeden adanmış bir ADC serisi gerektiriyor ve tüm kirişlerin kirişli ağırlıklarını doğru tutmaları için faza uygun olmalıdır. Multi-chip senkronizasyon mekanizmaları – JESD204B alt sınıfı gibi – JESD204B alt sınıf 1 deterministic latency ölçeklendirmek için gerekli.

Oversampling ve Gürültü Shaping

Ekran genişliğinin ADC'nin maksimum örnek oranından daha dar olduğu uygulamalarda, 1-72 FPS'de 15 kez çalıştırılan aşırı dozlama (konuşlama) ile birlikte yapılan araştırmalar, yüksek çözünürlük için cazip hale getirebilir.

Yarı iletkenlik ADC Performansı

Üretim sürecinin seçimi, yüksek hızlı ADC'nin uygulanabilir hızını ve gücünü güçlü bir şekilde etkiler.

Bütünleşme ve SistemLevel Tahminleri

Yüksek hızlı ADCs izolasyonda çalışmaz; araç elektronik kontrol ünitesine (ECU) sensörlerin yanı sıra, FPGAs ve güç yönetimi ICs'e entegre edilmelidir.

Lidar ADCs'deki Future Trends

Daha yüksek performans için sürekli zorlama, düşük maliyet ve daha büyük güvenlik, birkaç ortaya çıkan trend sürüyor.

In-Pixel ve Köşe-Parallel ADCs

Solidstate ve flaş kapak sensörleri, her bir piksel veya sütun içinde çok sayıda ADC'ye doğru hareket ediyor.Internal-photon avalanche diyots (SPADs) veya lineer mod APDs. - Büyük bir kapalı veri şişesi önlemek için, tasarımcılar her bir piksel veya sütun içinde doğrudan küçük ADC'leri entegre ediyorlar.

Makine ÖğrenmekDriven Kalibrasyon ve Düzeltme

Cihaza özgü yanlış eşleştirme ve doğrusal olmayan haritalarda eğitim gören neural ağlar gerçek zamanlı ADC hataları tahmin edebilir ve doğru ADC hataları doğrulayabilir. Bu yaklaşım analog tasarım gereksinimlerini rahatlamaya, sistem düzeyindeki doğruluğu korurken daha düşük ölçekli bileşenler sağlar. Bazı araştırmalar zaten 2-3 bit ENOB iyileştirmeyi gösteriyor

FotonicAssisted ADCs

Uzun vadede fotonik ADCs - analog sinyal dönüşümden önce optik teknikler kullanılarak işlenir - elektronik hız bariyerini kırar. Optik örnekleme modu ile 10 fs ve 16-bit çokluxing aşağıdaki 10 fs sağlayabilir ve dalga-doktora çiftliği analog bir dizi yanlış eşleştirme kanalları oluşturabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek hızlı ADCs modern kapak sistemlerinin linchpin ve uzatma yoluyla, tüm otonom araç navigasyonu. Bu dönüştürücülerin tasarım, analog devre ticaret-tavasyon, sistem-düzeltme tekniklerinin derin bir anlayış gerektirir ve zaman-of-flight ve FMCW kapaklı yardımların özel ihtiyaçları ortaya çıkar, çok daha güvenli frekanslarda, güç dağılımı, çözümü vs. hız ve geç kalmış kalibre - yenilikçi mimari seçenekleri ve ileri kalibrasyon teknikleri. Yarı iletken süreçler ve yeni paradigmalar olarak, analog-önemlileştirme ve fotonik yardımların performansı ortaya çıkaracaktır.

Daha fazla okuma için, 370D:0)Analog Cihazlarının Önbellek sinyal zinciri kaynakları[Dönetici:2)[Döneticileri) daha derin teknik anlayışlar için [[Döneticileri için 4-GS / çift-Cnelhan ADC” [Döneticileri için).