激光雷达系统通过发射激光束来探测目标物体的轮廓、位置、速度等信息。目前激光测距系统的主流方法为飞行时间(ToF)测量方案,测距信息来源于入射信号与回波信号的时间间隔值。而时间测量则是由TDC(Time-to-Digital Converters),即时间数字转换电路完成。因此,TDC芯片直接决定了测距系统的精度、分辨率、温漂等核心性能指标。
高分辨率、高精度、低温漂和低功耗的时间数字转换产品——TMIS7701/7702
广泛应用于:
超声波流量计:燃气表、水表。
SONAR、LIDAR等中的飞行时间测量
无人机,机器人吸尘器。
位移传感
碰撞检测系统
生物医学工程仪器
图像,荧光寿命图像
TMIS7701/7702是拓尔微推出的两款高分辨率、高精度、低温漂和低功耗的时间数字转换产品,其中TMIS7701为单通道TDC,尤其适用于单点测距类产品,如高尔夫望远镜、瞄准镜、手持成像测距仪等;TMIS7702为双通道TDC,可以更加方便的通过测量回波脉宽来提升系统的整体精度,不仅适用于单点测距产品,还非常适用于扫描型的激光雷达系统。扫描型激光雷达广泛应用在服务机器人、车载、无人机、扫地机、智能割草机等领域。
在飞行时间测距和激光雷达方面,拓尔微可以提供包含TDC、高速比较器、跨阻放大器(TIA)、栅极驱动器以及电源管理等一系列芯片,实现了完整的ToF测距解决方案,如下框图中的蓝色部分。
TMIS7701应用于飞行时间测距/激光雷达示意图
TMIS7702应用于飞行时间测距/激光雷达示意图
很多应用场景需要较高的测距分辨率,对TDC时间分辨率有更高的要求。TMIS7701/7702采用创新性的延迟链技术,可以实现亚门级的时间分辨率,分辨率典型值为38ps,通过双通道并行技术,TMIS7702分辨率更是低至19ps,可以满足绝大部分应用需求。
TMIS7701/7702分辨率的温度特性曲线
通过创新性的电源噪声抑制等自主知识产权技术,TMIS7701/7702实现了极低的随机抖动,从而能够实现更高的测量精度。下图为TMIS7701工作在模式1下的标准差(精度)分布情况,在100ns内标准差≤10ps,显著优于同类产品(TI的TDC7200)。在0~2.5μs的飞行时间内,采集的原始数据的标准差小于80ps,有利于整机产品实现具有高重复精度的测距效果。
测距设备应用环境较为复杂,需要在各种环境温度下工作,要求TDC拥有较高的环境鲁棒性。如下图所示,TMIS7701/7702在−40℃~125℃范围内,500ns的飞行时间,测量结果值从最低温到最高温仅偏移了0.6ns,在同类产品中处于较低水平,而且良好的温漂一致性可以很方便地进行温度补偿。通过采用指定的温漂系数进行补偿,TMIS7701/7702产品在−40℃~125℃范围内的测量误差不超过±60ps (3sigma,99.74%置信概率)。
此外,TMIS7701/7702的测量精度(标准差)也具有良好的温度一致性,在−40℃~125℃范围内均保持较低水平且变化不大。
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为了满足市场对高性能TDC产品需求的快速增加,拓尔微将在现有TDC产品基础上,于近期推出专用于流量计、水表、气表的多功能TDC产品,为业界提供高品质的距离、流量、速度测量解决方案。如需样品和demo 欢迎咨询