El módulo LiDAR admite una mayor velocidad de autopista

El advenimiento de la conducción autónoma ha expandido de manera decisiva la presencia de sensores de detección y alcance de imágenes láser (LiDAR) en la plataforma de electrónica automotriz. LiDAR funciona según el principio del radar, pero utiliza pulsos de luz emitidos por un diodo láser infrarrojo.

El nuevo comparador de alta velocidad MAX40026 de Maxim Integrated y los amplificadores de transimpedancia de alto ancho de banda (TIA) MAX40660 / MAX40661 permiten una conducción autónoma 15 km / h más rápida a velocidad de autopista al duplicar el ancho de banda y agregar 32 canales (para un total de 128 en lugar de 96) en un módulo LiDAR del mismo tamaño.

¿Qué es LIDAR?

Maurizio Gavardoni de Maxim demuestra la placa de evaluación para un sistema de recepción LiDAR de cuatro canales.
Incluye fotodiodos ópticos de First Sensor y el TIA recientemente lanzado y el comparador de alta velocidad de Maxim. (Imagen:Maxim Integrated)

Junto con la inteligencia artificial, las cámaras y el radar, los sensores son indispensables para la conducción asistida y autónoma. Debido a que pueden proporcionar mediciones precisas de objetos y detectar obstáculos en la carretera (ramas de árboles caídos, otros automóviles o incluso un niño que se lanza hacia el tráfico), los sensores LiDAR han ayudado a promover la adopción de sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y son fundamental para el desarrollo de vehículos autónomos (AV). La percepción de un AV del entorno circundante debe ser extremadamente precisa, por lo que los robocars experimentales están llenos de sensores. El uso de un sistema de iluminación láser permite que los vehículos autónomos funcionen en condiciones de poca o nula visibilidad e incluso en ausencia de marcas viales.

“Los sensores LiDAR están desempeñando un papel cada vez más importante en la fusión de sensores de vehículos por su capacidad para proporcionar una medición precisa de la distancia de los objetos”, dijo Maurizio Gavardoni, miembro principal del personal técnico de Maxim Integrated. "Un sensor LiDAR típico envía pulsos de luz que, reflejados por los objetos y detectados adecuadamente por los fotodiodos, le permiten mapear el entorno circundante".

Los sistemas LiDAR se basan en el tiempo de vuelo (ToF), que mide eventos de sincronización precisa (Figura 1). Los últimos desarrollos han visto varios sistemas LiDAR multihaz, que generan una imagen 3D precisa del entorno alrededor del vehículo. Esta información se utiliza para elegir las maniobras de conducción más adecuadas.

Figura 1:Diagrama funcional de tiempo de vuelo (Imagen:Maxim Integrated)

La figura 2 muestra el diseño básico de un sensor LiDAR. Hay dos tipos básicos de sistemas LiDAR:LiDAR de micropulso y de alta energía. Los sistemas Micropulse se han desarrollado como resultado de la potencia informática cada vez mayor disponible y los avances en la tecnología láser. Estos nuevos sistemas utilizan muy poca energía, del orden de 1 W, y son completamente seguros para la mayoría de las aplicaciones. LiDAR de alta energía, por otro lado, es común en los sistemas de monitoreo atmosférico, donde los sensores se utilizan para detectar parámetros atmosféricos como la altura, la estratificación y la densidad de las nubes.

Figura 2:Diseño general de un sensor LiDAR con las principales partes electrónicas mostradas (Imagen:Maxim Integrated)

“Los sistemas automotrices de conducción autónoma están evolucionando de 35 mph a 65 mph y más, pero los sistemas autónomos de conducción autónoma más rápidos son esenciales”, dijo Gavardoni. "Los desafíos para satisfacer estas demandas [se traducen] en mediciones de distancia de objetos de alta precisión, [que requieren] más precisión, más canales para adaptarse a plataformas con limitaciones de espacio [y cumplimiento de] estrictos requisitos de seguridad".

Hardware LiDAR

En un proyecto LiDAR, el amplificador de transimpedancia es la parte más crítica de un diseño electrónico. El bajo nivel de ruido, la alta ganancia, el bajo retardo de grupo y la rápida recuperación de la sobrecarga hacen que los nuevos Maxim TIA sean ideales para aplicaciones de medición de distancia.

Los circuitos TIA se utilizan a menudo en aplicaciones que comparten la necesidad de circuitos para almacenar y escalar la salida de soluciones electroópticas para lograr alta velocidad y alto rango dinámico. TIA es un convertidor de corriente a voltaje, implementado casi exclusivamente con uno o más amplificadores operacionales (Figura 3).

Figura 3:Diseño general de un TIA con un fotodiodo de polarización inversa (Imagen:Wikipedia)

Los fototransistores y los fotodiodos están estrechamente relacionados y convierten la luz láser incidente en corriente eléctrica. Para lograr el máximo rendimiento de estos dispositivos, los diseñadores deben prestar especial atención a los circuitos de interfaz, las longitudes de onda y la alineación óptico-mecánica. Los amplificadores de transimpedancia MAX40660 / MAX40661 permiten sistemas de conducción autónoma mucho más rápidos con alta resolución. Los TIA reducen el consumo de corriente en más del 80% en modo de bajo consumo. Los TIA de Maxim admiten 128 canales con un ancho de banda de 490 MHz en el caso del MAX40660 y una densidad de ruido de 2.1 pA / √Hz para proporcionar una mayor precisión de medición (Figura 4).

Figura 4:Diagrama de bloques MAX40660 (Imagen:Maxim Integrated)

Mientras tanto, el MAX40026 es un comparador de alta velocidad de suministro único para aplicaciones de medición de distancia TOF. Su baja dispersión de retardo de propagación de 10 picosegundos contribuye a la detección precisa de objetos fijos y en movimiento. "Un menor retardo de dispersión y más canales por sistema permiten una medición de tiempo más precisa, mejorando así la resolución del sistema y permitiendo una mayor velocidad de conducción", dijo Gavardoni.

El MAX40026 tiene un rango de entrada en modo común de 1,5 V a VDD + 0,1 V, compatible con las variaciones de salida de varios TIA de alta velocidad ampliamente utilizados. La etapa de salida de señalización diferencial de bajo voltaje (LVDS) minimiza la disipación de energía e interactúa directamente con muchas FPGA y CPU (Figura 5).

Figura 5:Diagrama funcional de MAX40026 (Imagen:Maxim Integrated)

El tamaño de las nuevas soluciones se reduce aún más, lo que permite insertar muchos más canales en plataformas de vehículos con espacio limitado. Estos circuitos integrados cumplen con los requisitos de seguridad más estrictos de la industria automotriz, con calificación AEC-Q100, rendimiento mejorado de descarga electrostática (ESD) y análisis de efectos y diagnóstico (FMEDA), para respaldar la certificación ISO 26262 a nivel de sistema.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EE Times Europe.