前言

一个安全可靠的自动驾驶系统是实现一个没有交通堵塞或事故的社会的关键解决方案；激光雷达在此类系统中发挥着重要作用。虽然高分辨率图像可以通过相机获得，但以厘米精度获得100米以外的物体的距离是具有挑战性的。此外，毫米波雷达对雾或雪等环境具有鲁棒性。然而，由于测量结果的低分辨率和重影噪声，很难检测到场景中的物体。考虑到在高速公路上行驶时的制动距离，需要超过200米的感应范围，以足够的裕度检测前方车辆。测量距离越长越好，因为我们可以获得更大的安全裕度。此外，尽早检测小物体的能力对于激光雷达确保更高水平的安全性和舒适性至关重要。在市区行驶时，自动驾驶车辆必须检测路上滚动的碎片和跳下马路的儿童。对于粗略的估计，我们假设需要大约20厘米(水平和垂直)的点云分辨率来检测这些基本对象。为了在100米外探测到它们，激光雷达所需的角度分辨率约为0.1♀平方，如图1所示。为了实现这一点，最先进的激光雷达必须进一步调整其像素分辨率:需要比高2倍的像素分辨率。

研究内容

康奈尔大学的科学家为了实现低成本的40通道激光雷达片上系统，他们建议采用基于双数据转换器(DDC)的片上系统统一单频/单频前端。通过将模数转换器和上止点功能结合到一个电路中，将实现激光雷达AFE所需的电路模块减半。此外，与传统的激光雷达AFE模数转换器相比，直接数字转换器体积更小，性能更高。通过设计基于DDC的40通道激光雷达片上系统，能够在没有硅面积增大的情况下实现2倍的更高分辨率。此外，他们的激光雷达原型实现了225米的最长距离性能，具有出色的图像质量。

实验方法

康奈尔大学的科学家提出了世界上第一个同时转换电压和时间两个量的直接数字控制，使用一个压控振荡器为区域高效和高性能的激光雷达系统实现统一的AFE。通过采用直接数字控制，实现了混合激光雷达前端面积的大幅减少:与以前的技术相比，总AFE面积可缩小5倍，而且，在性能相似的情况下，核心AFE面积/通道更小4倍。首先说明电压采集的概念。原理与压控振荡器-模数转换器相同。由于输入电压调制了压控振荡器的频率，所以可以通过在某个采样周期内对压控振荡器脉冲进行计数(或对积分脉冲计数进行微分)来检测输入电压。同时，该操作将输入信号转换成数字信号。同时，通过对来自激光器输出的压控振荡器输出脉冲进行积分(或计数)，直到输入超过设定的阈值，可以获得高精度的时间数据。

城市地区事故原因说明，自动驾驶车辆必须能够检测道路上的碎片和儿童。为了精确探测这些物体，需要足够的激光雷达分辨率

DDC电路的理论结构。

传统压控振荡器线性化技术。

激光雷达系统芯片框图。

结论

为了实现可靠的自驱动系统，科学家提出了一个40通道高分辨率汽车激光雷达系统芯片，它采用了世界上第一个分布式数据中心。所提出的直接数字控制将模数转换器和直接数字控制的功能整合到一个单一的电路中，并实现了混合激光雷达前端的彻底面积缩减。通过同时采集时间/电压数据，基于DDC的AFE将AFE区域的效率提高了5倍，与以前的先进技术相比。这些创新使能够在不增加硅成本的情况下实现40通道AFE集成片上系统。

DOI：10.1109 / JSSC.2020.3020812。