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雷达脉冲ToF电路设计(七)

发布时间:2020-06-24 发布时间:
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上篇:雷达脉冲ToF电路设计(六)

精度、准确度和可重复性

和所有测量系统一样,它的性能特点也体现在精度、准确度和可重复性上。

  • 分辨率

LIDAR 系统的精度是指两个已报告距离之间的最小差异。对于基于 TDC 的系统,精度由 TDC 的 LSB 决定。

  • 精度

信号链产生的时序延迟会影响准确度。这些时序问题的主要是由不同器件的传播延迟造成的。这些传播延迟因以下参数而异:从器件到器件、过热、电源电压过高,以及输入驱动过大。

  • 漂移误差

测量脉冲 ToF 时会出现特定的准确度误差,这在文献中被称为“漂移误差”。漂移误差是结合使用以下因数时

会出现的、固有的不精确性来源:

• 光脉冲在从最开始发出能量到达到能量峰值之间具有一个有限斜率。

• 各种材料会以介于 0% 和 100% 之间的速率反射光。

• 脉冲 ToF 测量使用阈值来检测信号是否已到达。

接收到的能量因目标对象而异,但不受距离的影响,因此,阈值会在不同的时间发生交叉,从而导致估算的ToF 有误。

在图 9给出了有关这的图例说明。比较器输入设置为阈值电压,即 VTH。较强信号的削波速度非常快,在 t1处突破阈值;另一个勉强触及削波信号的信号将在 t2 时间处突破阈值 (t2 > t1);极弱的信号将在 t3 时间处突破阈值 (t3 > t2 > t1)。这些回声同时达到峰值,因此来自位于相同距离处的目标,即光的传输距离相同,这种情况下的漂移误差为系统性误差。

接收到的振幅对于估算的 ToF 以及相关“漂移误差”大小的影响

  • 可重复性

可重复性是指系统在测量相同数量的噪声时提供相同结果的能力(即,噪声在报告的最终值中所占的相对权重)。脉冲 ToF 系统中的噪声来源包括:

• 周期到周期抖动

• 长期抖动

• 相位抖动

• 时间间隔误差和最大时间间隔误差

人们通常认为,放大的第一阶段决定了噪声。大多数 TDC 架构依赖于对“缓慢”进行计数的外部时钟,因此这里将继续使用外部时钟。

根据 JEDEC 标准 65B JESD65V 和行业最佳实践定义的时钟噪声如下所示:

• TDC 组件本身的背景噪声

• 比较器输出的抖动,该抖动本身是输入信号除以输入信号斜率的噪声函数

要确定最确切的噪声定义,务必谨记,此 LIDAR 系统的设计目标是实现 100m 的传感距离,即总 ToF 为333ns。时钟频率介于 1 和 10MHz 之间,这意味着周期介于 1µs 和 100ns 之间。因此,时钟产生的噪声将持续一到三个周期。

下篇:

雷达脉冲ToF电路设计(八)


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