如果您正在設計自動駕駛汽車應用，您就會知道 LiDAR（光檢測和測距）的重要性。LiDAR 是執行自動駕駛汽車距離傳感的關鍵光學技術，是高級駕駛輔助系統 （ADAS） 的重要組成部分，對自動駕駛汽車至關重要。其性能取決于光前端，以及信號如何通過信號鏈傳輸然后進行處理。該信號鏈中的一個重要元件是跨阻放大器（TIA）。在這篇博文中，我將概述LiDAR的工作原理，并討論在有效的TIA中尋找什么。

在LiDAR應用中，激光納秒脈沖脈沖從光源發送并從視圖中的對象反射。檢測反射光，飛行時間（ToF）創建視圖中物體的距離圖（圖1）。

圖1.汽車激光/接收器系統（A）的視圖以餅形角度捕獲物品。ToF數據測量（B）物體與激光/接收器系統的距離。

在圖1中，來自汽車激光器（A）的納秒脈沖信號脈沖將光發送到視圖中的目標區域。一旦激光信號爆發擊中物體，光線就會回到汽車上。車輛中的電子設備通過ToF數據標記捕獲返回的信號。ToF的度量是返回激光/接收器系統位置的往返時間。為了收集完整的ToF數據，激光/接收器系統跨越整個視圖。

ToF數據創建一個距離圖（B），提供物體與激光/接收器系統的距離。在圖 1.B 中，距離較小的數據值表示距離較近的項目，距離較大的數據值表示項目較遠。根據激光/接收器ToF數據（B），紅色數字（女性）是最接近的，其次是黃色物體（一棵樹），最后是遠處的綠色物體（城市公共汽車）。視圖中的區域不斷來回掃描，以獲得全面和持續的覆蓋。

激光/接收器系統電子元件概覽

激光/接收器系統由多個光電二極管、一個激光二極管和用于發送和接收光信號的支持電子設備組成（圖 2）。

圖2.激光/接收器系統將光穿過視圖，以找到具有激光反射的物體。

在圖2中，激光驅動器向物體發射激光脈沖，并通過D反饋一幀時間參考信號。2、TIA2 和 COMP2 到微控制器 （MCU）。激光傳播到玻璃板上，玻璃板將激光信號反射到MCU，并通過發射器光學器件（指定鏡頭）反射。

發射的脈沖到達物體并反射到激光/接收器系統。一旦通過接收器光學器件和鏡面反射，光線就會撞擊InGaAs光電二極管（D1).InGaAs光電二極管是一種高靈敏度半導體電子器件，光學靈敏度帶寬為1310nm至1550nm。

D上即將來臨的曙光1可能明亮或昏暗，具體取決于行駛的距離。此外，大氣中可能存在污染物，為了混淆系統，可能存在干擾幻影燈。該 D1將光轉換為電流（ID1），它進入跨阻放大器#1（TIA1）和比較器#1（COMP1）。

光電二極管背后的大腦

TIA1 和 COMP1 是光電二極管所見內容背后的大腦。TIA1的頻率帶寬保持了返回脈沖上升和下降時間的完整性，并允許采集更多像素。TIA1 還可以安全地承受較大的瞬態輸入過載電流并從中快速恢復。

低本底噪聲可捕獲物體的細節，從而為后續比較器產生準確的輸出。動態范圍的進一步增強包括可編程增益功能。此外，由于LiDAR系統的光前端消耗大量功率，因此將TIA1和TIA2置于低功耗模式可能是有利的。圖 3 中的 TIA 設計專門解決了這些挑戰。

圖3.MAX40660/MAX40661跨阻放大器，用于汽車LiDAR系統

MAX40661和MAX40660跨阻放大器分別提供160MHz和490MHz的高帶寬。這些器件通過放大高速納秒輸入電流脈沖來提供高分辨率。2.1pA√Hz 的噪聲密度可提供更高的系統精度和更長距離的操作。動態范圍調整使用兩個引腳可選的跨阻值：25kΩ 和 50kΩ，無需額外的放大級來匹配具有不同寄生電容的不同光電二極管。這些器件可耐受高達 2A 的輸入電流 10ns，并具有 2ns 的快速過載電流恢復時間。不使用時，低功耗模式僅消耗26mW的功率。這些 IC 符合 AEC-Q100 標準，其 FMEDA 結果可用于輔助系統級的 ASIL 一致性計算。它們采用 3mm x 3mm 10 引腳 TDFN 封裝，為了提高制造吞吐量，該封裝具有側面可潤濕側翼。

這些電路中的比較器 COMP1 和 COMP2 將 TIA 的模擬輸出更改為干凈的數字信號（圖 4）。

圖4.MAX40025/MAX40026跨阻放大器，用于汽車LiDAR系統。

MAX40025封裝采用1.218mm x 0.818mm、6焊球晶圓級封裝（WLP），MAX40026采用2mm x 2mm 8引腳TDFN側可潤濕封裝，符合AEC-Q100汽車認證要求。

總結

自動駕駛汽車的商業化代表著一個令人興奮的旅程，ADAS中的LiDAR技術有望成為自動駕駛汽車未來的重要參與者。通過關注光前端的操作，本博客探討了接收器信號鏈的電子元件如何在系統性能中發揮重要作用。此處重點介紹的LiDAR就緒TIA和比較器提供了LiDAR應用所需的前所未有的系統精度水平。

審核編輯：郭婷