LiDARモジュールは高速道路の速度の向上をサポートします

自動運転の出現により、自動車用電子機器プラットフォームにおけるレーザーイメージング検出および測距（LiDAR）センサーの存在が決定的に拡大しました。 LiDARはレーダーの原理に従って動作しますが、赤外線レーザーダイオードから放出される光パルスを使用します。

マキシム・インテグレーテッドの新しいMAX40026高速コンパレータとMAX40660 / MAX40661高帯域幅トランスインピーダンスアンプ（TIA）は、帯域幅を2倍にし、32チャネル（96ではなく合計128）を追加することで、高速道路速度で15 km / h高速の自律走行を可能にします。同じサイズのLiDARモジュール。

LIDARとは何ですか？

マキシムのマウリツィオガヴァルドーニは、4チャンネルLiDAR受信システムの評価ボードを実演します。
これには、First Sensorの光フォトダイオードと、マキシムが新しく発売したTIAおよび高速コンパレータが含まれます。 （画像：マキシム・インテグレーテッド）

人工知能、カメラ、レーダーに加えて、センサーは自動運転の支援に不可欠です。 LiDARセンサーは、物体の正確な測定を提供し、道路上の障害物（倒れた木の手足、他の車、または交通に飛び出す子供さえも）を検出できるため、先進運転支援システム（ADAS）の採用を促進するのに役立ちました。自動運転車（AV）の開発に不可欠です。 AVによる周囲の環境の認識は非常に正確である必要があります。そのため、実験用ロボカーにはセンサーがたくさんあります。レーザー照明システムを使用すると、自動運転車を視界が悪い、または視界が悪い状態で、道路標示がない場合でも操作できます。

マキシム・インテグレーテッドの技術スタッフのプリンシパルメンバーであるMaurizio Gavardoniは、次のように述べています。 「一般的なLiDARセンサーは、物体によって反射され、フォトダイオードによって適切に検出された光パルスを送信します。これにより、周囲の環境をマッピングできます。」

LiDARシステムは、正確なタイミングイベントを測定する飛行時間（ToF）に基づいています（図1）。最新の開発では、車両周辺の環境の正確な3D画像を生成するいくつかのマルチビームLiDARシステムが見られました。この情報は、最も適切な運転操作を選択するために使用されます。

図1：飛行時間機能図（画像：Maxim Integrated）

図2は、LiDARセンサーの基本的なレイアウトを示しています。 LiDARシステムには、マイクロパルスLiDARと高エネルギーの2つの基本的なタイプがあります。マイクロパルスシステムは、利用可能な計算能力の向上とレーザー技術の進歩の結果として開発されました。これらの新しいシステムは、1 W程度の非常に低い電力を使用し、ほとんどのアプリケーションで完全に安全です。一方、高エネルギーLiDARは、高さ、成層、雲の密度などの大気パラメータを検出するためにセンサーが使用される大気モニタリングシステムで一般的です。

図2：主要な電子部品が示されているLiDARセンサーの一般的なレイアウト（画像：Maxim Integrated）

「自動車の自動運転システムは時速35マイルから時速65マイル以上に進化していますが、より高速な自動運転システムが不可欠です」とGavardoni氏は述べています。 「これらの要求を満たす上での課題は、オブジェクトの高精度な距離測定、より高い精度、スペースに制約のあるプラットフォームに適合するためのより多くのチャネル、および厳格な安全要件への準拠につながります。」

LiDARハードウェア

LiDARプロジェクトでは、トランスインピーダンスアンプは電子レイアウトの最も重要な部分です。低ノイズ、高ゲイン、低群遅延、および過負荷からの迅速な回復により、新しいマキシムTIAは距離測定アプリケーションに最適です。

TIA回路は、電気光学ソリューションの出力をバッファリングおよびスケーリングして高速および高ダイナミックレンジを実現する回路の必要性を共有するアプリケーションでよく使用されます。 TIAは電流-電圧変換器であり、ほぼ独占的に1つ以上のオペアンプで実装されています（図3）。

図3：逆偏光フォトダイオードを備えたTIAの一般的なレイアウト（画像：ウィキペディア）

フォトトランジスタとフォトダイオードは密接に関連しており、入射レーザー光を電流に変換します。これらのデバイスから最大のパフォーマンスを実現するには、設計者はインターフェイス回路、波長、および光機械的アライメントに特別な注意を払う必要があります。 MAX40660 / MAX40661トランスインピーダンスアンプは、高解像度を使用してはるかに高速な自動運転システムを可能にします。 TIAは、低電力モードで消費電流を80％以上削減します。マキシムのTIAは、MAX40660および2.1-pA /√Hzのノイズ密度の場合、490 MHzの帯域幅で128チャネルをサポートし、より高い測定精度を提供します（図4）。

図4：MAX40660のブロック図（画像：Maxim Integrated）

一方、MAX40026は、TOF距離測定アプリケーション用の単一電源の高速コンパレータです。その低い10ピコ秒の伝搬遅延分散は、固定および移動するオブジェクトの正確な検出に貢献します。 「より低い分散遅延とシステムあたりのより多くのチャネルにより、より正確なタイミング測定が可能になり、システムの解像度が向上し、より高速な駆動速度が可能になります」とGavardoni氏は述べています。

MAX40026の入力コモンモード範囲は1.5V〜VDD + 0.1 Vで、広く使用されているいくつかの高速TIAの出力振幅と互換性があります。低電圧差動信号（LVDS）出力ステージは、電力損失を最小限に抑え、多くのFPGAおよびCPUと直接インターフェイスします（図5）。

図5：MAX40026の機能図（画像：Maxim Integrated）

新しいソリューションのサイズはさらに縮小され、限られたスペースでより多くのチャネルを車両プラットフォームに挿入できるようになります。これらの集積回路は、システムレベルでISO 26262認定をサポートするために、AEC-Q100認定、改善された静電放電（ESD）パフォーマンス、および効果と診断分析（FMEDA）により、自動車業界の最も厳しい安全要件を満たしています。

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