Le module LiDAR prend en charge l'augmentation de la vitesse sur autoroute

L'avènement de la conduite autonome a élargi de manière décisive la présence de capteurs de détection et de télémétrie par imagerie laser (LiDAR) dans la plate-forme électronique automobile. Le LiDAR fonctionne selon le principe du radar mais utilise des impulsions lumineuses émises par une diode laser infrarouge.

Le nouveau comparateur haute vitesse MAX40026 de Maxim Integrated et les amplificateurs transimpédance haute bande passante (TIA) MAX40660/MAX40661 permettent une conduite autonome plus rapide de 15 km/h à vitesse d'autoroute en doublant la bande passante et en ajoutant 32 canaux (pour un total de 128 au lieu de 96) dans un module LiDAR de même taille.

Qu'est-ce que le LIDAR ?

Maurizio Gavardoni de Maxim fait la démonstration de la carte d'évaluation pour un système de réception LiDAR à quatre canaux.
Il comprend des photodiodes optiques de First Sensor et le tout nouveau TIA et comparateur haute vitesse de Maxim. (Image :Maxim intégré)

Avec l'intelligence artificielle, les caméras et les radars, les capteurs sont indispensables à la conduite assistée et autonome. Parce qu'ils peuvent fournir des mesures précises d'objets et détecter des obstacles sur la route - des branches d'arbres tombés, d'autres voitures ou même un enfant qui se précipite dans la circulation - les capteurs LiDAR ont contribué à faire progresser l'adoption de systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) et sont essentiel au développement de véhicules autonomes (AV). La perception de l'environnement environnant par un audiovisuel doit être extrêmement précise, c'est pourquoi les robocars expérimentaux regorgent de capteurs. L'utilisation d'un système d'éclairage laser permet de conduire des voitures autonomes dans des conditions de faible ou de non-visibilité et même en l'absence de marquage au sol.

« Les capteurs LiDAR jouent un rôle croissant dans la fusion des capteurs de véhicules pour leur capacité à fournir une mesure précise de la distance des objets », a déclaré Maurizio Gavardoni, membre principal du personnel technique de Maxim Integrated. "Un capteur LiDAR typique envoie des impulsions lumineuses qui, réfléchies par des objets et détectées de manière adéquate par des photodiodes, vous permettent de cartographier l'environnement environnant."

Les systèmes LiDAR sont basés sur le temps de vol (ToF), qui mesure des événements de synchronisation précis (Figure 1). Les derniers développements ont vu plusieurs systèmes LiDAR multifaisceaux, qui génèrent une image 3D précise de l'environnement autour du véhicule. Ces informations permettent de choisir les manœuvres de conduite les plus appropriées.

Figure 1 : diagramme fonctionnel du temps de vol (Image :Maxim Integrated)

La figure 2 montre la disposition de base d'un capteur LiDAR. Il existe deux types de base de systèmes LiDAR :le LiDAR à micro-impulsions et le LiDAR à haute énergie. Les systèmes Micropulse ont été développés en raison de la puissance de calcul toujours croissante disponible et des progrès de la technologie laser. Ces nouveaux systèmes utilisent une très faible puissance, de l'ordre de 1 W, et sont totalement sûrs pour la plupart des applications. Le LiDAR à haute énergie, en revanche, est courant dans les systèmes de surveillance atmosphérique, où les capteurs sont utilisés pour détecter des paramètres atmosphériques tels que la hauteur, la stratification et la densité des nuages.

Figure 2 : Disposition générale d'un capteur LiDAR avec les principaux composants électroniques illustrés (Image :Maxim Integrated)

« Les systèmes d'auto-conduite automobile évoluent de 35 mph à 65 mph et au-delà, mais des systèmes d'auto-conduite autonomes plus rapides sont essentiels », a déclaré Gavardoni. « Les défis pour répondre à ces demandes [se traduisent] par des mesures de distance d'objets de haute précision, [nécessitant] plus de précision, plus de canaux pour s'adapter aux plates-formes à espace restreint, [et la conformité avec] des exigences de sécurité strictes. »

Matériel LiDAR

Dans un projet LiDAR, l'amplificateur de transimpédance est la partie la plus critique d'une configuration électronique. Un faible bruit, un gain élevé, un faible retard de groupe et une récupération rapide en cas de surcharge rendent les nouveaux TIA Maxim idéaux pour les applications de mesure de distance.

Les circuits TIA sont souvent utilisés dans des applications qui partagent le besoin de circuits pour tamponner et mettre à l'échelle la sortie des solutions électro-optiques pour atteindre une vitesse élevée et une plage dynamique élevée. TIA est un convertisseur courant-tension, presque exclusivement mis en œuvre avec un ou plusieurs amplificateurs opérationnels (Figure 3).

Figure 3 : Disposition générale d'un TIA avec une photodiode à polarisation inversée (Image :Wikipedia)

Les phototransistors et les photodiodes sont étroitement liés et convertissent la lumière laser incidente en courant électrique. Pour obtenir des performances maximales de ces dispositifs, les concepteurs doivent accorder une attention particulière aux circuits d'interface, aux longueurs d'onde et à l'alignement optique-mécanique. Les amplificateurs de transimpédance MAX40660/MAX40661 permettent des systèmes d'auto-conduite beaucoup plus rapides utilisant une haute résolution. Les TIA réduisent la consommation de courant de plus de 80 % en mode basse consommation. Les TIA de Maxim prennent en charge 128 canaux avec une bande passante de 490 MHz dans le cas du MAX40660 et une densité de bruit de 2,1 pA/√Hz pour offrir une plus grande précision de mesure (Figure 4).

Figure 4 :schéma fonctionnel du MAX40660 (Image :Maxim Integrated)

Le MAX40026, quant à lui, est un comparateur haute vitesse à alimentation unique pour les applications de mesure de distance TOF. Sa faible dispersion de retard de propagation de 10 picosecondes contribue à la détection précise des objets fixes et mobiles. "Un retard de dispersion plus faible et plus de canaux par système permettent une mesure de synchronisation plus précise, améliorant ainsi la résolution du système et permettant une vitesse de conduite plus élevée", a déclaré Gavardoni.

Le MAX40026 a une plage de mode commun d'entrée de 1,5 V à VDD + 0,1 V, compatible avec les oscillations de sortie de plusieurs TIA haute vitesse largement utilisés. L'étage de sortie de signalisation différentielle basse tension (LVDS) minimise la dissipation de puissance et s'interface directement avec de nombreux FPGA et CPU (Figure 5).

Figure 5 : Schéma fonctionnel du MAX40026 (Image :Maxim Integrated)

La taille des nouvelles solutions est encore réduite, permettant à beaucoup plus de canaux d'être insérés dans des plates-formes de véhicules avec un espace limité. Ces circuits intégrés répondent aux exigences de sécurité les plus strictes de l'industrie automobile, avec la qualification AEC-Q100, des performances améliorées en matière de décharges électrostatiques (ESD) et des effets et analyse diagnostique (FMEDA), afin de prendre en charge la certification ISO 26262 au niveau du système.

>> Cet article a été initialement publié le notre site frère, EE Times Europe.