電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))如果說(shuō)電機(jī)驅(qū)控決定了移動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行層的基本能力，那感應(yīng)模塊的性能就決定了移動(dòng)機(jī)器人感知層的水平。這里說(shuō)的感應(yīng)模塊并不只具體到機(jī)器人所配置的超聲波、激光雷達(dá)這一層，而是具體到超聲波、激光雷達(dá)所應(yīng)用的半導(dǎo)體元件上。

一般來(lái)說(shuō)，移動(dòng)機(jī)器人感應(yīng)模塊通常需要具有集成或分立數(shù)字轉(zhuǎn)換器的高速信號(hào)鏈以及計(jì)算模塊之間的高速低延遲通信。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人感知層這種極其要求實(shí)時(shí)性的模塊來(lái)說(shuō)，感知層如果無(wú)法做到對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)抓取與傳輸，那么顯然這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人是不夠“智能化”，不夠“自主化”的。

激光雷達(dá)模塊是現(xiàn)在移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用最多的子系統(tǒng)，所以我們不妨從激光雷達(dá)來(lái)看其中的半導(dǎo)體元件。高速信號(hào)鏈肯定是離不開(kāi)ADC的，激光雷達(dá)模塊中所應(yīng)用到的ADC無(wú)疑比其他傳感器上所有的ADC要求要高一些，尤其是對(duì)于“高速”這個(gè)要求。

TI 機(jī)器人感應(yīng)模塊ADC應(yīng)用

對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人激光雷達(dá)模塊的ADC應(yīng)用來(lái)說(shuō)，大于10 MSPS的數(shù)據(jù)吞吐速率是必需的，即便是普遍的ToF系統(tǒng)也需要高轉(zhuǎn)換速率，更不用說(shuō)以后可能會(huì)應(yīng)用的FMCW系統(tǒng)對(duì)ADC速率更高的要求了。

TI在此應(yīng)用上推出的是ADC324X這個(gè)系列，雙通道125 MSPS的14 bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器。25 MSPS至125 MSPS的轉(zhuǎn)換速率專門應(yīng)用于具有寬動(dòng)態(tài)范圍需求且要求苛刻的高輸入頻率信號(hào)。

整個(gè)系列的信噪比SNR水平在73.3dB左右，SFDR在94dB左右，這種高性能可以帶來(lái)很多優(yōu)勢(shì)，比如在激光雷達(dá)模塊中為雷達(dá)與成像技術(shù)提供更高的分辨率?？紤]到實(shí)際工況，14 bit的ADC324X系列的ENOB為11.8 bit，這是十分接近理論分辨率的有限分辨率了，很多在同信號(hào)頻率和速率范圍內(nèi)的ADC其ENOB都在11.5左右。

ADC324x支持串行低壓差分信令(LVDS)與1分頻、2分頻以及4分頻的靈活輸入時(shí)鐘緩沖器，從而減少接口線路的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)集成度。串行LVDS接口為雙線制，通過(guò)兩個(gè)LVDS對(duì)串行輸出每個(gè)ADC數(shù)據(jù)。內(nèi)部鎖相環(huán)會(huì)將傳入的ADC采樣時(shí)鐘加倍，以獲得串行輸出各通道的14位輸出數(shù)據(jù)時(shí)所使用的位時(shí)鐘。

該系列在最大轉(zhuǎn)換速率125 MSPS下，每個(gè)通道還能實(shí)現(xiàn)116mW的超低功耗。超低功耗這一指標(biāo)永遠(yuǎn)具有吸引力。在支持?jǐn)夭?、多芯片同步、高等?jí)通道隔離以及內(nèi)部抖動(dòng)的高性能ADC系統(tǒng)下，超低的功耗無(wú)疑為整個(gè)感知模塊起到了相當(dāng)大的減負(fù)作用。除此之外，當(dāng) SYSREF輸入實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)同步時(shí)，時(shí)鐘輸入分頻器也將給予系統(tǒng)時(shí)鐘架構(gòu)設(shè)計(jì)更高的靈活性。

ADI 激光雷達(dá)ADC應(yīng)用

ADI 很多信號(hào)處理解決方案都能增強(qiáng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的能力。從放大器到DAC ，從比較器到高速多通道ADC，ADI針對(duì)感知模塊上應(yīng)用的ADC在動(dòng)態(tài)范圍、功耗、帶寬、SNR上都有著領(lǐng)先的性能。

在這些應(yīng)用的半導(dǎo)體元件中，AD9094是極其突出的應(yīng)用于高頻輸入信號(hào)采樣的8位1 GSPS 四通道ADC。AD9094經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，能夠?qū)Ω哌_(dá)1.4 GHz的寬帶寬模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。從信噪比SNR來(lái)看，AD9094的SFDR為71dBFS(@611 MHz)，SNR為48.6dBFS，SINAD為48.5dBFS，在611 MHz的信號(hào)頻率下這個(gè)信噪比水平是絕對(duì)的行業(yè)標(biāo)桿。

在這個(gè)高速的四通道ADC上，多級(jí)差分流水線架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)靈活的JESD204B通道配置。同時(shí)每一個(gè)通道都具有極低的功耗。速率為1 GSPS時(shí)總功率1.6W，也就是說(shuō)單個(gè)通道僅有400mW的功耗。AD9094還提供靈活的關(guān)斷選項(xiàng)，可以在必要時(shí)大幅度再降低功耗。寬輸入帶寬、高采樣速率和高工作線性度再搭配上低功耗，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人感知層來(lái)說(shuō)已經(jīng)能提供最大的助力。

再加上集成式的寬帶抽取濾波器和數(shù)控振蕩器(NCO)模塊、用于系統(tǒng)熱管理的片內(nèi)溫度二極管以及片內(nèi)抖動(dòng)等等各種模塊功能，高性能的感知層更好地實(shí)現(xiàn)了信號(hào)鏈高速以及模塊間的高速低延遲。

小結(jié)

以上都是具體到激光雷達(dá)模塊應(yīng)用的ADC在探討，也不難看出在這種設(shè)計(jì)里不僅僅只需要ADC有高速的性能，或者說(shuō)高速是最基本的。如何在給予系統(tǒng)高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率同時(shí)給予這個(gè)系統(tǒng)更高的靈活度、更高的集成性、更好的信號(hào)處理以及更低的功耗才是最重要的。

原文標(biāo)題：機(jī)器人激光雷達(dá)ADC：高速不過(guò)是基本要求

文章出處：【微信公眾號(hào)：電子發(fā)燒友網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
審核編輯：湯梓紅