LiDAR 모듈은 향상된 고속도로 속도를 지원합니다.

자율 주행의 도래는 자동차 전자 플랫폼에서 레이저 이미징 감지 및 거리 측정(LiDAR) 센서의 존재를 결정적으로 확장했습니다. LiDAR는 레이더 원리에 따라 작동하지만 적외선 레이저 다이오드에서 방출되는 광 펄스를 사용합니다.

Maxim Integrated의 새로운 MAX40026 고속 비교기 및 MAX40660/MAX40661 고대역폭 트랜스임피던스 증폭기(TIA)는 대역폭을 두 배로 늘리고 32개 채널(96개 대신 총 128개)을 추가하여 고속도로 속도에서 15km/h 더 빠른 자율 주행을 가능하게 합니다. 같은 크기의 LiDAR 모듈입니다.

LIDAR가 무엇인가요?

Maxim의 Maurizio Gavardoni가 4채널 LiDAR 수신 시스템용 평가 기판을 시연합니다.
여기에는 First Sensor의 광학 포토다이오드와 Maxim이 새로 출시한 TIA 및 고속 비교기가 포함되어 있습니다. (이미지:Maxim Integrated)

인공 지능, 카메라 및 레이더와 함께 센서는 보조 및 자율 주행에 없어서는 안될 필수 요소입니다. 사물에 대한 정확한 측정을 제공하고 도로의 장애물(떨어진 나뭇가지, 다른 자동차, 심지어 교통 체증에 뛰어드는 어린이까지)을 감지할 수 있기 때문에 LiDAR 센서는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 채택을 앞당기는 데 도움이 되었으며 자율주행차(AV) 개발에 매우 ​​중요합니다. 주변 환경에 대한 AV의 인식은 매우 정확해야 하기 때문에 실험용 로봇카는 센서로 가득 차 있습니다. 레이저 조명 시스템을 사용하면 도로 표시가 없는 경우에도 가시성이 낮거나 보이지 않는 조건에서 자율주행 자동차를 운전할 수 있습니다.

Maxim Integrated의 기술 직원인 Maurizio Gavardoni는 “LiDAR 센서는 물체의 정확한 거리 측정을 제공하는 능력을 위해 차량 센서의 융합에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. "일반적인 LiDAR 센서는 물체에 의해 반사되고 포토다이오드에 의해 적절하게 감지되는 광 펄스를 전송하여 주변 환경을 매핑할 수 있도록 합니다."

LiDAR 시스템은 정확한 타이밍 이벤트를 측정하는 ToF(Time of Flight)를 기반으로 합니다(그림 1). 최근 개발에서는 차량 주변 환경의 정확한 3D 이미지를 생성하는 여러 다중 빔 LiDAR 시스템을 볼 수 있습니다. 이 정보는 가장 적절한 운전 방법을 선택하는 데 사용됩니다.

그림 1:ToF 기능 다이어그램(이미지:Maxim Integrated)

그림 2는 LiDAR 센서의 기본 레이아웃을 보여줍니다. LiDAR 시스템에는 마이크로펄스 LiDAR와 고에너지의 두 가지 기본 유형이 있습니다. Micropulse 시스템은 사용 가능한 컴퓨팅 성능과 레이저 기술의 발전으로 인해 개발되었습니다. 이 새로운 시스템은 1W 정도의 매우 낮은 전력을 사용하며 대부분의 애플리케이션에서 완전히 안전합니다. 반면에 고에너지 LiDAR는 고도, 성층 및 구름 밀도와 같은 대기 매개변수를 감지하는 데 센서가 사용되는 대기 모니터링 시스템에서 일반적입니다.

그림 2:표시된 주요 전자 부품이 있는 LiDAR 센서의 일반 레이아웃(이미지:Maxim Integrated)

가바르도니는 “자동차 자율주행 시스템은 시속 35마일에서 65마일 이상으로 진화하고 있지만 더 빠른 자율주행 시스템이 필수적”이라고 말했다. "이러한 요구 사항을 충족하는 데 있어서의 과제는 물체의 고정밀 거리 측정으로 [번역] 더 정확하고, 공간이 제한된 플랫폼에 맞는 더 많은 채널이 필요하고, 엄격한 안전 요구 사항을 준수해야 합니다."

LiDAR 하드웨어

LiDAR 프로젝트에서 트랜스임피던스 증폭기는 전자 레이아웃에서 가장 중요한 부분입니다. 새로운 Maxim TIA는 저잡음, 고이득, 낮은 그룹 지연 및 과부하로부터의 빠른 복구를 통해 거리 측정 애플리케이션에 이상적입니다.

TIA 회로는 고속 및 높은 동적 범위를 달성하기 위해 전기 광학 솔루션의 출력을 버퍼링 및 확장하기 위한 회로의 필요성을 공유하는 애플리케이션에서 자주 사용됩니다. TIA는 전류-전압 변환기로서 거의 독점적으로 하나 이상의 연산 증폭기로 구현됩니다(그림 3).

그림 3:역편광 포토다이오드가 있는 TIA의 일반 레이아웃(이미지:Wikipedia)

포토트랜지스터와 포토다이오드는 밀접하게 관련되어 있으며 입사된 레이저 광을 전류로 변환합니다. 이러한 장치에서 최대 성능을 달성하려면 설계자는 인터페이스 회로, 파장 및 광학-기계적 정렬에 특별한 주의를 기울여야 합니다. MAX40660/MAX40661 트랜스임피던스 증폭기는 고해상도를 사용하여 훨씬 더 빠른 자가 구동 시스템을 가능하게 합니다. TIA는 저전력 모드에서 전류 소비를 80% 이상 줄입니다. Maxim의 TIA는 MAX40660의 경우 490MHz 대역폭 및 2.1pA/√Hz 잡음 밀도로 128개 채널을 지원하여 측정 정확도를 높입니다(그림 4).

그림 4:MAX40660 블록 다이어그램(이미지:Maxim Integrated)

한편 MAX40026은 TOF 거리 측정 애플리케이션을 위한 단일 전원 고속 비교기입니다. 10피코초의 낮은 전파 지연 분산은 고정된 물체와 움직이는 물체를 정확하게 감지하는 데 기여합니다. Gavardoni는 "더 낮은 분산 지연과 시스템당 더 많은 채널은 더 정확한 타이밍 측정을 가능하게 하여 시스템 해상도를 향상시키고 더 높은 주행 속도를 가능하게 합니다."라고 말했습니다.

MAX40026은 1.5V ~ VDD + 0.1V의 입력 공통 모드 범위를 가지며 널리 사용되는 여러 고속 TIA의 출력 스윙과 호환됩니다. 저전압 차동 신호(LVDS) 출력 단계는 전력 손실을 최소화하고 많은 FPGA 및 CPU와 직접 인터페이스합니다(그림 5).

그림 5:MAX40026 기능 다이어그램(이미지:Maxim Integrated)

새로운 솔루션의 크기가 더욱 줄어들어 제한된 공간의 차량 플랫폼에 더 많은 채널을 삽입할 수 있습니다. 이러한 집적 회로는 시스템 수준에서 ISO 26262 인증을 지원하기 위해 AEC-Q100 인증, 향상된 ESD(정전기 방전) 성능, FMEDA(영향 및 진단 분석)를 통해 자동차 산업의 가장 엄격한 안전 요구 사항을 충족합니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 EE Times Europe.