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La tecnologia del tempo di volo diretto (DTOF) è un approccio innovativo per misurare con precisione il tempo di volo della luce, utilizzando il metodo di conteggio dei singoli fotoni (TCSPC) correlato al tempo. Questa tecnologia è parte integrante di una varietà di applicazioni, dal rilevamento di prossimità nell'elettronica di consumo ai sistemi LIDAR avanzati nelle applicazioni automobilistiche. Nel suo centro, i sistemi DTOF sono costituiti da diversi componenti chiave, ognuno dei quali svolge un ruolo cruciale nel garantire misurazioni di distanza accurate.
I componenti principali dei sistemi DTOF
Driver laser e laser
Il driver laser, una parte fondamentale del circuito del trasmettitore, genera segnali di impulsi digitali per controllare l'emissione del laser tramite commutazione MOSFET. Laser, in particolareSuperficie della cavità verticale che emettono laser(VCSels), sono favoriti per il loro spettro ristretto, alta intensità di energia, capacità di modulazione rapida e facilità di integrazione. A seconda dell'applicazione, le lunghezze d'onda di 850 Nm o 940nm sono selezionate per l'equilibrio tra i picchi di assorbimento dello spettro solare e l'efficienza quantistica del sensore.
Trasmettere e ricevere ottica
Sul lato trasmettente, una semplice lente ottica o una combinazione di lenti collimatrici e elementi ottici diffrattivi (Does) dirige il raggio laser attraverso il campo visivo desiderato. L'ottica ricevente, volta a raccogliere la luce all'interno del campo visivo target, beneficia di obiettivi con numbri F inferiori e un'illuminazione relativa più elevata, insieme a filtri a banda stretta per eliminare l'interferenza della luce estranea.
Sensori Spad e SIPM
I diodi a valanga a fotoni singolo (SPAD) e i fotomulti di silicio (SIPM) sono i sensori primari nei sistemi DTOF. Gli spad si distinguono per la loro capacità di rispondere ai singoli fotoni, innescando una forte corrente di valanga con un solo fotone, rendendoli ideali per misurazioni ad alta precisione. Tuttavia, la loro dimensione dei pixel più grandi rispetto ai tradizionali sensori CMOS limita la risoluzione spaziale dei sistemi DTOF.
Convertitore tempo-digitale (TDC)
Il circuito TDC traduce segnali analogici in segnali digitali rappresentati dal tempo, catturando il momento preciso che ogni impulso di fotoni viene registrato. Questa precisione è cruciale per determinare la posizione dell'oggetto target in base all'istogramma degli impulsi registrati.
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Intervallo di rilevamento e precisione
L'intervallo di rilevamento di un sistema DTOF si estende teoricamente fino a quando i suoi impulsi di luce possono viaggiare ed essere riflessi al sensore, identificato distintamente dal rumore. Per l'elettronica di consumo, l'attenzione si trova spesso all'interno di un intervallo di 5 m, utilizzando VCSels, mentre le applicazioni automobilistiche possono richiedere intervalli di rilevamento di 100 m o più, che richiedono tecnologie diverse come le anguite olaser in fibra.
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Intervallo massimo non ambiguo
L'intervallo massimo senza ambiguità dipende dall'intervallo tra gli impulsi emessi e dalla frequenza di modulazione del laser. Ad esempio, con una frequenza di modulazione di 1 MHz, l'intervallo inequivocabile può raggiungere fino a 150 m.
Precisione ed errore
La precisione nei sistemi DTOF è intrinsecamente limitata dalla larghezza dell'impulso del laser, mentre gli errori possono derivare da varie incertezze nei componenti, tra cui il driver laser, la risposta del sensore SPAD e l'accuratezza del circuito TDC. Strategie come l'uso di uno SPAD di riferimento possono aiutare a mitigare questi errori stabilendo una linea di base per i tempi e la distanza.
Resistenza al rumore e alle interferenze
I sistemi DTOF devono contendere il rumore di fondo, in particolare in ambienti di luce forte. Tecniche come l'utilizzo di più pixel SPAD con diversi livelli di attenuazione possono aiutare a gestire questa sfida. Inoltre, la capacità di DTOF di distinguere tra riflessioni dirette e multipath migliora la sua robustezza contro l'interferenza.
Risoluzione spaziale e consumo di energia
I progressi nella tecnologia dei sensori SPAD, come la transizione dall'illuminazione sul lato frontale (FSI) ai processi di illuminazione sul retro (BSI), hanno notevolmente migliorato i tassi di assorbimento dei fotoni e l'efficienza del sensore. Questo progresso, combinato con la natura pulsata dei sistemi DTOF, si traduce in un minor consumo di energia rispetto ai sistemi di onde continue come ITOF.
Il futuro della tecnologia DTOF
Nonostante le alte barriere tecniche e i costi associati alla tecnologia DTOF, i suoi vantaggi nella precisione, nella gamma e nell'efficienza energetica lo rendono un candidato promettente per le applicazioni future in diversi settori. Poiché la tecnologia dei sensori e la progettazione di circuiti elettronici continuano a evolversi, i sistemi DTOF sono pronti per un'adozione più ampia, guidando innovazioni nell'elettronica di consumo, sicurezza automobilistica e oltre.
- Dalla pagina web02.02 TOF 系统 第二章 dtof 系统-超光 più veloce della luce (più veloce-ala-net.net)
- dall'autore: Chao Guang
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Tempo post: MAR-07-2024