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拓爾微時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器賦能ToF測距與激光雷達

發(fā)布時間:2023-11-15 來源:拓爾微 責任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】TMIS7701/7702是拓爾微推出的兩款高分辨率、高精度、低溫漂和低功耗的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)品,其中TMIS7701為單通道TDC,尤其適用于單點測距類產(chǎn)品,如高爾夫望遠鏡、瞄準鏡、手持成像測距儀等;TMIS7702為雙通道TDC,可以更加方便的通過測量回波脈寬來提升系統(tǒng)的整體精度,不僅適用于單點測距產(chǎn)品,還非常適用于掃描型的激光雷達系統(tǒng)。掃描型激光雷達廣泛應(yīng)用在服務(wù)機器人、車載、無人機、掃地機、智能割草機等領(lǐng)域。


激光雷達系統(tǒng)通過發(fā)射激光束來探測目標物體的輪廓、位置、速度等信息。目前激光測距系統(tǒng)的主流方法為飛行時間(ToF)測量方案,測距信息來源于入射信號與回波信號的時間間隔值。而時間測量則是由TDC(Time-to-Digital Converters),即時間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路完成。因此,TDC芯片直接決定了測距系統(tǒng)的精度、分辨率、溫漂等核心性能指標。


高分辨率、高精度、低溫漂和低功耗的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)品——TMIS7701/7702


TMIS7701/7702是拓爾微推出的兩款高分辨率、高精度、低溫漂和低功耗的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)品,其中TMIS7701為單通道TDC,尤其適用于單點測距類產(chǎn)品,如高爾夫望遠鏡、瞄準鏡、手持成像測距儀等;TMIS7702為雙通道TDC,可以更加方便的通過測量回波脈寬來提升系統(tǒng)的整體精度,不僅適用于單點測距產(chǎn)品,還非常適用于掃描型的激光雷達系統(tǒng)。掃描型激光雷達廣泛應(yīng)用在服務(wù)機器人、車載、無人機、掃地機、智能割草機等領(lǐng)域。


在飛行時間測距和激光雷達方面,拓爾微可以提供包含TDC、高速比較器、跨阻放大器(TIA)、柵極驅(qū)動器以及電源管理等一系列芯片,實現(xiàn)了完整的ToF測距解決方案,如下框圖中的藍色部分。 


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TMIS7701應(yīng)用于飛行時間測距/激光雷達示意圖


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TMIS7702應(yīng)用于飛行時間測距/激光雷達示意圖


高分辨率 更精準距離測量


很多應(yīng)用場景需要較高的測距分辨率,對TDC時間分辨率有更高的要求。TMIS7701/7702采用創(chuàng)新性的延遲鏈技術(shù),可以實現(xiàn)亞門級的時間分辨率,分辨率典型值為38ps,通過雙通道并行技術(shù),TMIS7702分辨率更是低至19ps,可以滿足絕大部分應(yīng)用需求。


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TMIS7701/7702分辨率的溫度特性曲線


高精度 更小的隨機測量誤差


通過創(chuàng)新性的電源噪聲抑制等自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù),TMIS7701/7702實現(xiàn)了極低的隨機抖動,從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的測量精度。下圖為TMIS7701工作在模式1下的標準差(精度)分布情況,在100ns內(nèi)標準差≤10ps,顯著優(yōu)于同類產(chǎn)品(TI的TDC7200)。在0~2.5μs的飛行時間內(nèi),采集的原始數(shù)據(jù)的標準差小于80ps,有利于整機產(chǎn)品實現(xiàn)具有高重復(fù)精度的測距效果。


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低溫漂 適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境


測距設(shè)備應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜,需要在各種環(huán)境溫度下工作,要求TDC擁有較高的環(huán)境魯棒性。如下圖所示,TMIS7701/7702在?40℃~125℃范圍內(nèi),500ns的飛行時間,測量結(jié)果值從最低溫到最高溫僅偏移了0.6ns,在同類產(chǎn)品中處于較低水平,而且良好的溫漂一致性可以很方便地進行溫度補償。通過采用指定的溫漂系數(shù)進行補償,TMIS7701/7702產(chǎn)品在?40℃~125℃范圍內(nèi)的測量誤差不超過±60ps (3sigma,99.74%置信概率)。


此外,TMIS7701/7702的測量精度(標準差)也具有良好的溫度一致性,在?40℃~125℃范圍內(nèi)均保持較低水平且變化不大。


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低功耗 更加節(jié)能


TMIS7701/7702工作電流和靜態(tài)電流在同類產(chǎn)品中處于較低水平且具有多周期平均值模式,最多可進行128個自主平均值計算,可使測距系統(tǒng)整體功耗進一步降低。


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拓爾微可以給客戶提供完整的開發(fā)套件,包含上位機軟件、示例程序代碼、參考設(shè)計,以及demo板等資料,并竭力提供能夠快速響應(yīng)客戶需求的強大的技術(shù)支持和服務(wù)。


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為了滿足市場對高性能TDC產(chǎn)品需求的快速增加,拓爾微將在現(xiàn)有TDC產(chǎn)品基礎(chǔ)上,于近期推出專用于流量計、水表、氣表的多功能TDC產(chǎn)品,為業(yè)界提供高品質(zhì)的距離、流量、速度測量解決方案。


近些年,隨著人工智能技術(shù)的普及,機器人和自動駕駛技術(shù)得到了快速發(fā)展,其中飛行時間(Time-of-Flight)測距與激光雷達作為機器人和自動駕駛技術(shù)的核心部件也受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。飛行時間(ToF)測距與激光雷達的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了機器人、自動駕駛、偵探偵察、無人機、測繪測量、醫(yī)學(xué)成像、VR/AR等眾多場景。



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