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A tecnologia direta de tempo de voo (DTOF) é uma abordagem inovadora para medir com precisão o tempo de voo da luz, utilizando o método de contagem de fótons únicos (TCSPC) correlacionada ao tempo. Essa tecnologia é parte integrante de uma variedade de aplicações, desde a sensação de proximidade em eletrônicos de consumo até sistemas avançados de LiDAR em aplicações automotivas. Na sua essência, os sistemas DTOF consistem em vários componentes -chave, cada um desempenhando um papel crucial para garantir medições de distância precisas.
Os componentes principais dos sistemas DTOF
Motorista a laser e laser
O driver a laser, uma parte fundamental do circuito do transmissor, gera sinais de pulso digital para controlar a emissão do laser via comutador MOSFET. Lasers, particularmenteLasers emissores de superfície vertical de cavidade(VCSELS), são favorecidos por seu espectro estreito, alta intensidade de energia, recursos de modulação rápida e facilidade de integração. Dependendo da aplicação, os comprimentos de onda de 850Nm ou 940nm são selecionados para equilibrar os picos de absorção do espectro solar e a eficiência quântica do sensor.
Transmissão e recebimento de óptica
No lado transmitido, uma lente óptica simples ou uma combinação de lentes colimadas e elementos ópticos difrativos (faz) direciona o feixe de laser para o campo de visão desejado. A óptica receptora, com o objetivo de obter luz dentro do campo de visão alvo, se beneficia de lentes com números F mais baixos e maior iluminação relativa, ao lado dos filtros de banda estreita para eliminar a interferência de luz estranha.
Sensores SPAD e SIPM
Diodos de avalanche de fótons únicos (SPAD) e fotomultiplicadores de silício (SIPM) são os sensores primários nos sistemas DTOF. Os SPADs se diferenciam por sua capacidade de responder a fótons únicos, desencadeando uma forte corrente de avalanche com apenas um fóton, tornando-os ideais para medições de alta precisão. No entanto, seu tamanho maior de pixels em comparação com os sensores CMOS tradicionais limita a resolução espacial dos sistemas DTOF.
Conversor de tempo até digital (TDC)
O circuito TDC traduz sinais analógicos em sinais digitais representados pelo tempo, capturando o momento preciso que cada pulso de fóton é registrado. Essa precisão é crucial para determinar a posição do objeto alvo com base no histograma dos pulsos registrados.
Explorando parâmetros de desempenho do DTOF
Faixa de detecção e precisão
A faixa de detecção de um sistema DTOF teoricamente se estende até onde seus pulsos de luz podem viajar e ser refletidos de volta ao sensor, identificados distintamente do ruído. Para a eletrônica de consumo, o foco geralmente está dentro de uma faixa de 5m, utilizando VCSELs, enquanto as aplicações automotivas podem exigir faixas de detecção de 100m ou mais, necessitando de diferentes tecnologias como enguias oulasers de fibra.
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Faixa máxima inequívoca
A faixa máxima sem ambiguidade depende do intervalo entre os pulsos emitidos e a frequência de modulação do laser. Por exemplo, com uma frequência de modulação de 1MHz, a faixa inequívoca pode atingir até 150m.
Precisão e erro
A precisão nos sistemas DTOF é inerentemente limitada pela largura do pulso do laser, enquanto os erros podem surgir de várias incertezas nos componentes, incluindo o driver do laser, a resposta do sensor SPAD e a precisão do circuito TDC. Estratégias como o emprego de um SPAD de referência podem ajudar a mitigar esses erros, estabelecendo uma linha de base para o tempo e a distância.
Ruído e resistência à interferência
Os sistemas DTOF devem enfrentar o ruído de fundo, particularmente em ambientes de luz fortes. Técnicas como o uso de vários pixels SPAD com níveis de atenuação variados podem ajudar a gerenciar esse desafio. Além disso, a capacidade do DTOF de distinguir entre reflexões diretas e de múltiplas múltiplos aumenta sua robustez contra a interferência.
Resolução espacial e consumo de energia
Os avanços na tecnologia do sensor SPAD, como a transição dos processos de iluminação do lado da frente (FSI) para iluminação do lado de trás (BSI), melhoraram significativamente as taxas de absorção de fótons e a eficiência do sensor. Esse progresso, combinado com a natureza pulsada dos sistemas DTOF, resulta em menor consumo de energia em comparação com sistemas de ondas contínuas como o ITOF.
O futuro da tecnologia DTOF
Apesar das altas barreiras e custos técnicos associados à tecnologia DTOF, suas vantagens em precisão, alcance e eficiência de energia o tornam um candidato promissor para futuras aplicações em diversos campos. À medida que a tecnologia do sensor e o design de circuitos eletrônicos continuam a evoluir, os sistemas DTOF estão prontos para adoção mais ampla, impulsionando inovações em eletrônicos de consumo, segurança automotiva e além.
- Na página da web02.02 TOF 系统 第二章 DTOF 系统-超光 mais rápido que a luz (mais rápido do que Light.net)
- pelo autor: Chao Guang
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Hora de postagem: Mar-07-2024