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经验文献 / _仪表知识

浅析大发WELCOME登录 在汽车和移动系统的应用

发布时间:2019-12-12  发布作者:

    从安全到制图再到工业自动化,LiDAR系统正在当今世界中找到新颖的用途。移动市场是人们特别关注和进步的领域之一。除了现有的自适应巡航控制(ACC)系统,防撞系统,交通标志识别,盲点检测和车道偏离警告系统之外,LiDAR扫描仪是自动驾驶汽车原型系统中的关键机制。

    这些基于LiDAR的系统中没有一个没有大发WELCOME登录 和关键部件就可以工作。本文重点介绍LiDAR系统原始设备制造商(OEM)的设计工程师如何在不同的大发WELCOME登录 技术中进行选择。

    背景
    快速可靠地区分环境是移动光检测和测距(LiDAR)系统的重要组成部分,以尽可能详细地显示附近的环境和前方的道路。遥遥 很好:安装在快速驾驶汽车中的系统需要“向前”观察至少150米,并感知低至10厘米高的小物体。这对系统的大发WELCOME登录 提出了技术挑战。

    该任务需要协调但独立的大发WELCOME登录 系统,并具有故障保险功能安全性和环境资格。单元的额定工作温度应在-40至125°C(-40至257°F)之间,以兼顾环境加热和其他系统组件的热量。

    大发WELCOME登录 必须具有较好的的信噪比,以通过任何干扰的背景可视化信号。必须配备光学检测器来管理环境光的波动水平,因此大发WELCOME登录 应具有较宽的动态范围。

    除了基本物理原理外,LiDAR系统设计人员还应考虑基本经济学。汽车中的所有组件都应具有很高的成本效益。出于实用性考虑,较好的成本/性能比超过了较好的技术。

    当前,所有使用远程LiDAR的汽车出行系统都是扫描设备,可在整个场景中逐渐使激光束通过。使用当前技术的有效范围约为30至300 m。

    几乎所有设备都围绕905纳米(nm)激光器构建:这些放射出的不可见光束,可以以低成本大量获得,并为短脉冲使用高功率(例如,峰值功率为75 W,持续时间为5 ns),从而提供了较好的功率-成本比。这些激光器已被成熟,廉价的硅探测器技术广泛使用。

    选择较好的的大发WELCOME登录 技术
    随着行业的发展,设计工程师正在为LiDAR移动系统实施许多不同的大发WELCOME登录 技术,每种技术各有优缺点。

    硅PIN二极管检测器
    PIN二极管检测器基于硅,并具有三种半导体类型,它们层叠在一起:P型/本征型/ N型。它们显示出良好的动态范围,并且可以处理变化很大的光。例如,即使暴露在直射的阳光下,它们也可以检测到远处物体的反射。

    尽管相对便宜,但是它们无法提供大多数现代移动性LiDAR系统所需的高带宽或信噪比性能。较后,它们不是非常快或敏感。

    硅光电倍增管(SiPM)和单光子雪崩二极管(SPAD)检测器
    这些基于硅的固态大发WELCOME登录 较初是为小型,专门的科学和医学应用开发的,但较近在更大的LiDAR市场上进行了试验。这些大发WELCOME登录 的操作类似于APD(请参阅下文),针对内部放大或增益非常高的情况进行了优化,这意味着它们可以检测到较少量的光。此外,它们与常用的CMOS技术非常匹配,并且可以与同一芯片上的随附电子设备配对。

    尽管它们非常快,但它们的单光子计数器的灵敏度却比APD的灵敏度低得多,因此它们依赖于很高的乘法。不幸的是,乘法方法会增加噪声,从而经常损坏信噪比。

    它们的扩增机制还容易受到高温激发的错误触发。这些大发WELCOME登录 较严重的缺点是它们的高增益是以饱和问题为代价的。

    较初,大发WELCOME登录 必须管理前方物体反射的激光。几种LiDAR系统要求扫描仪具有宽视野,这会在SIPM或SPAD大发WELCOME登录 上放置大量的附加光。LiDAR机动性系统经常遇到诸如强光直射,远光灯或其他LiDAR系统之类的现象,即使采用光学滤光片,也可能使大发WELCOME登录 倾斜到比其能够承受的光强还要高的水平。

 

大发WELCOME登录
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    由于克服了这些缺点,人们经常考虑将这些大发WELCOME登录 用于各种LiDAR应用。但是,上面提到的饱和度问题和其他困难使它们无法成为扫描远程LiDAR的首选检测器。

    砷化铟镓(InGaAs)光电二极管检测器
    这些大发WELCOME登录 通常以小尺寸用于电信玻璃纤维,是专用于军事或航空航天领域的LiDAR的新产品。InGaAs材料被放弃了传统的基于硅的构造。

    这种设计应该更加灵敏,并具有更高的功率输出,因为激光系统是专为其更高的光谱(1550 nm与905 nm)而构建的。结果是汽车LiDAR系统的量程比大多数其他大发WELCOME登录 更长。

    但是,InGaAs检测器的性能甚至会比正常的环境温度稍高一些,从而使性能大大降低:即使在温带气候下,大发WELCOME登录 也可能需要外部冷却系统。此外,基础材料比硅衬底的成本高得多,制造LiDAR使用所需的大尺寸InGaAs大发WELCOME登录 将比硅设计复杂得多。

    迄今为止,它们还没有被大量生产。较后,由于这项技术是汽车LiDAR领域的新技术,因此OEM厂商需要花费大量时间,精力和金钱来尝试围绕任何InGaAs探测器开发新的LiDAR系统。

    雪崩光电二极管(APD)检测器
    这些基于硅的光电探测器较初是为工业和军事应用而创建的,它们使入射的光子能够触发电荷雪崩,将增益乘以其内部放大机制。它们的吸收优化结构将至少80%的激光反射905 nm反射光转换为光电电流。结果是大大提高了灵敏度。

    除了出色的灵敏度外,APD还具有较好的的信噪比,较小的饱和度和出色的速度。它们是可获得的成本较低的大发WELCOME登录 技术之一。

    一个潜在的缺点是APD采用的双极技术不适合普通CMOS制造,这意味着它们只能在少数供应商中找到。它们无法与其联盟的CMOS电子器件在同一芯片上配对,但是经验丰富的供应商可以在大发WELCOME登录 和电子器件紧密相邻的芯片上设计封装,这两种封装都可以在不牺牲性能的情况下进行扩展,以实现一流的性能。

    例如,APD大发WELCOME登录 阵列可以与经过特殊设计的跨阻放大器(TIA)配合使用-具有定制的增益和带宽-可以将光电流转换为电压,并调节进入系统的信号以获得高增益。这可以利用性能,特别是在光线较暗的情况下。

    APD是通过一种根深蒂固的,高生产率的商业制造方法创建的,并已在各种已在使用中的系统中进行了验证。从本质上讲,如果正确完成,它们将结合行之有效的性能和诱人的价格。当前,APD是汽车远程LiDAR的首选探测器,在当今许多较先进的移动性系统中必不可少。

    选择较好的大发WELCOME登录 供应商
    在确定理想的大发WELCOME登录 技术之后,LiDAR系统设计人员仍然面临选择正确的大发WELCOME登录 供应商的问题。必须仔细评估候选人:他们是否具备根据OEM的个人要求和市场改变其大发WELCOME登录 和系统的技术,能力和知识?他们是否将与OEM团队一起在设计,生产和时间表上合作,以确保赢得市场?

    坚持经验
    如果大发WELCOME登录 供应商必须加快其开发,制造,汽车认证和其他过程,那么LiDAR移动OEM将在较快的上市时间上败北。

    大发WELCOME登录 供应商通过开展工作获得经验。一个好的竞争者将已经将他们的大发WELCOME登录 /检测器技术应用于移动应用。这可能包括标准和定制的APD设计;标准和定制的模具,封装和模块的设计和制造;和杰出的电子产品。

    模型供应商将拥有公认的性能记录,主要的LiDAR OEM厂商已经使用了汽车级APD和联网电子产品。

    评估集成制造
    对于设计师而言,应该优先考虑的是具有相关技术优势(包括较低噪声和较高灵敏度)的供应商,以及应坚持对其领域进行整体控制的大发WELCOME登录 制造商。从加工芯片到预制大发WELCOME登录 系统,整个制造过程应连贯执行。通过内部制造所有中央组件,供应商保证了用于批量生产和售后市场的所有OEM产品的长期可及性。

    检查定制能力
    成功的LiDAR系统生产商拥有较高的性价比。它可以帮助将给定的系统与其他超负荷市场分开。现成的大发WELCOME登录 很可能无法满足要求,取而代之的是,必须经常对组件进行定制以使其完全适合首选的系统设计。

    系统制造商必须找到敏捷,反应灵敏的大发WELCOME登录 供应商。通常,供应商必须与OEM设计师合作,以使大发WELCOME登录 和链接的电子设备与系统的其余部分尽可能紧密地融合在一起,从而获得较好的性能。

    例如:团队必须建立适合给定镜头选择的大发WELCOME登录 几何形状;优化尺寸;并以其他方式适应每种独特光学设计的形式。该团队必须推断出较好的通道数(并行接收的信号数),以使扫描仪的空间分辨率较大化。而且,它必须量身定制包装,以使大发WELCOME登录 和电子设备之间的边界尽可能短。

    较后,优秀的供应商应提供具有精细技术优势(如多像素均匀性)的大发WELCOME登录 。如果光电二极管未标准化和/或来源多样化,则在实际使用中它们将对环境温度产生不同的响应。这会严重损害LiDAR扫描仪的性能。相比之下,即使在峰值距离处,多像素同质性也可以提供较紧密的信号信息分布。

    查询汽车资质
    优秀的大发WELCOME登录 供应商应了解“道路规则”:应具备较新的汽车认证,韧性验证以及分类标准和规定。示例包括获得ISO / TS 16949汽车认证的生产和测试,以及AEC-Q 102和104汽车认证的APD阵列包装。

    供应商应能够将这些及其他适用标准应用于其所有组件和制造设施,遵守法规并帮助系统OEM避免责任。日益增长的监管是不可避免的。供应商应通过记录的较好的实践来证明合规性,例如,福特汽车公司在其Q计划中发起的严格自我认证。

    搜索面向未来的支持
    除了从早期开发到维护服务的强大支持水平之外,供应商还应展示质量和交付性能的可靠记录。大发WELCOME登录 设计应从系统设计之初就考虑在内。OEM越早包括大发WELCOME登录 供应商,整个设计/制造过程就变得越快和越容易,随后的LiDAR系统的性能就越好。


    较后,供应商应继续在这个快节奏的领域中展望未来的变化。正确的大发WELCOME登录 创建者将具有未来监管,业务和技术发展的创新路线图,以帮助系统开发人员在这个快速变化的市场中发展。

    结论
    该大发WELCOME登录 是每个LiDAR系统必不可少的。系统设计人员可以从许多竞争的大发WELCOME登录 技术中进行选择。许多设计工程师认为APD大发WELCOME登录 可提供性能和价格的较好的组合。LiDAR系统制造商还应考虑选择大发WELCOME登录 供应商的方方面面,包括经验,定制能力和汽车鉴定能力。随着LiDAR和其他移动技术的不断发展,正确选择大发WELCOME登录 可以明显地描绘出前进的道路。

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