時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TMIS7701/7702介紹

近些年，隨著人工智能技術(shù)的普及，機(jī)器人和自動(dòng)駕駛技術(shù)得到了快速發(fā)展，其中飛行時(shí)間（Time-of-Flight）測(cè)距與激光雷達(dá)作為機(jī)器人和自動(dòng)駕駛技術(shù)的核心部件也受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。飛行時(shí)間（ToF）測(cè)距與激光雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、偵探偵察、無(wú)人機(jī)、測(cè)繪測(cè)量、醫(yī)學(xué)成像、VR/AR等眾多場(chǎng)景。激光雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射激光束來(lái)探測(cè)目標(biāo)物體的輪廓、位置、速度等信息。目前激光測(cè)距系統(tǒng)的主流方法為飛行時(shí)間（ToF）測(cè)量方案，測(cè)距信息來(lái)源于入射信號(hào)與回波信號(hào)的時(shí)間間隔值。而時(shí)間測(cè)量則是由TDC（Time-to-Digital Converters），即時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換電路完成。因此，TDC芯片直接決定了測(cè)距系統(tǒng)的精度、分辨率、溫漂等核心性能指標(biāo)。

高分辨率、高精度、低溫漂和低功耗的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)品——TMIS7701/7702

TMIS7701/7702是拓爾微推出的兩款高分辨率、高精度、低溫漂和低功耗的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，其中TMIS7701為單通道TDC，尤其適用于單點(diǎn)測(cè)距類產(chǎn)品，如高爾夫望遠(yuǎn)鏡、瞄準(zhǔn)鏡、手持成像測(cè)距儀等；TMIS7702為雙通道TDC，可以更加方便的通過(guò)測(cè)量回波脈寬來(lái)提升系統(tǒng)的整體精度，不僅適用于單點(diǎn)測(cè)距產(chǎn)品，還非常適用于掃描型的激光雷達(dá)系統(tǒng)。掃描型激光雷達(dá)廣泛應(yīng)用在服務(wù)機(jī)器人、車載、無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)、智能割草機(jī)等領(lǐng)域。

在飛行時(shí)間測(cè)距和激光雷達(dá)方面，拓爾微可以提供包含TDC、高速比較器、跨阻放大器（TIA）、柵極驅(qū)動(dòng)器以及電源管理等一系列芯片，實(shí)現(xiàn)了完整的ToF測(cè)距解決方案，如下框圖中的藍(lán)色部分。

TMIS7701應(yīng)用于飛行時(shí)間測(cè)距/激光雷達(dá)示意圖

TMIS7702應(yīng)用于飛行時(shí)間測(cè)距/激光雷達(dá)示意圖

高分辨率更精準(zhǔn)距離測(cè)量

很多應(yīng)用場(chǎng)景需要較高的測(cè)距分辨率，對(duì)TDC時(shí)間分辨率有更高的要求。TMIS7701/7702采用創(chuàng)新性的延遲鏈技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)亞門級(jí)的時(shí)間分辨率，分辨率典型值為38ps，通過(guò)雙通道并行技術(shù)，TMIS7702分辨率更是低至19ps，可以滿足絕大部分應(yīng)用需求。

TMIS7701/7702分辨率的溫度特性曲線

高精度更小的隨機(jī)測(cè)量誤差

通過(guò)創(chuàng)新性的電源噪聲抑制等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，TMIS7701/7702實(shí)現(xiàn)了極低的隨機(jī)抖動(dòng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的測(cè)量精度。下圖為TMIS7701工作在模式1下的標(biāo)準(zhǔn)差（精度）分布情況，在100ns內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差≤10ps，顯著優(yōu)于同類產(chǎn)品（TI的TDC7200）。在0~2.5μs的飛行時(shí)間內(nèi)，采集的原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差小于80ps，有利于整機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)具有高重復(fù)精度的測(cè)距效果。

低溫漂適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境

測(cè)距設(shè)備應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，需要在各種環(huán)境溫度下工作，要求TDC擁有較高的環(huán)境魯棒性。如下圖所示，TMIS7701/7702在?40℃~125℃范圍內(nèi)，500ns的飛行時(shí)間，測(cè)量結(jié)果值從最低溫到最高溫僅偏移了0.6ns，在同類產(chǎn)品中處于較低水平，而且良好的溫漂一致性可以很方便地進(jìn)行溫度補(bǔ)償。通過(guò)采用指定的溫漂系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，TMIS7701/7702產(chǎn)品在?40℃~125℃范圍內(nèi)的測(cè)量誤差不超過(guò)±60ps （3sigma，99.74%置信概率）。

此外，TMIS7701/7702的測(cè)量精度（標(biāo)準(zhǔn)差）也具有良好的溫度一致性，在?40℃~125℃范圍內(nèi)均保持較低水平且變化不大。

低功耗更加節(jié)能

TMIS7701/7702工作電流和靜態(tài)電流在同類產(chǎn)品中處于較低水平且具有多周期平均值模式，最多可進(jìn)行128個(gè)自主平均值計(jì)算，可使測(cè)距系統(tǒng)整體功耗進(jìn)一步降低。

拓爾微可以給客戶提供完整的開發(fā)套件，包含上位機(jī)軟件、示例程序代碼、參考設(shè)計(jì)，以及demo板等資料，并竭力提供能夠快速響應(yīng)客戶需求的強(qiáng)大的技術(shù)支持和服務(wù)。

為了滿足市場(chǎng)對(duì)高性能TDC產(chǎn)品需求的快速增加，拓爾微將在現(xiàn)有TDC產(chǎn)品基礎(chǔ)上，于近期推出專用于流量計(jì)、水表、氣表的多功能TDC產(chǎn)品，為業(yè)界提供高品質(zhì)的距離、流量、速度測(cè)量解決方案。

審核編輯 黃宇