拓尔微时间数字转换器赋能ToF测距与激光雷达

【导读】TMIS7701/7702是拓尔微推出的两款高分辨率、高精度、低温漂和低功耗的时间数字转换产品，其中TMIS7701为单通道TDC，尤其适用于单点测距类产品，如高尔夫望远镜、瞄准镜、手持成像测距仪等；TMIS7702为双通道TDC，可以更加方便的通过测量回波脉宽来提升系统的整体精度，不仅适用于单点测距产品，还非常适用于扫描型的激光雷达系统。扫描型激光雷达广泛应用在服务机器人、车载、无人机、扫地机、智能割草机等领域。

激光雷达系统通过发射激光束来探测目标物体的轮廓、位置、速度等信息。目前激光测距系统的主流方法为飞行时间（ToF）测量方案，测距信息来源于入射信号与回波信号的时间间隔值。而时间测量则是由TDC（Time-to-Digital Converters），即时间数字转换电路完成。因此，TDC芯片直接决定了测距系统的精度、分辨率、温漂等核心性能指标。

高分辨率、高精度、低温漂和低功耗的时间数字转换产品——TMIS7701/7702

TMIS7701/7702是拓尔微推出的两款高分辨率、高精度、低温漂和低功耗的时间数字转换产品，其中TMIS7701为单通道TDC，尤其适用于单点测距类产品，如高尔夫望远镜、瞄准镜、手持成像测距仪等；TMIS7702为双通道TDC，可以更加方便的通过测量回波脉宽来提升系统的整体精度，不仅适用于单点测距产品，还非常适用于扫描型的激光雷达系统。扫描型激光雷达广泛应用在服务机器人、车载、无人机、扫地机、智能割草机等领域。

在飞行时间测距和激光雷达方面，拓尔微可以提供包含TDC、高速比较器、跨阻放大器（TIA）、栅极驱动器以及电源管理等一系列芯片，实现了完整的ToF测距解决方案，如下框图中的蓝色部分。

TMIS7701应用于飞行时间测距/激光雷达示意图

TMIS7702应用于飞行时间测距/激光雷达示意图

高分辨率 更精准距离测量

很多应用场景需要较高的测距分辨率，对TDC时间分辨率有更高的要求。TMIS7701/7702采用创新性的延迟链技术，可以实现亚门级的时间分辨率，分辨率典型值为38ps，通过双通道并行技术，TMIS7702分辨率更是低至19ps，可以满足绝大部分应用需求。

TMIS7701/7702分辨率的温度特性曲线

高精度 更小的随机测量误差

通过创新性的电源噪声抑制等自主知识产权技术，TMIS7701/7702实现了极低的随机抖动，从而能够实现更高的测量精度。下图为TMIS7701工作在模式1下的标准差（精度）分布情况，在100ns内标准差≤10ps，显著优于同类产品（TI的TDC7200）。在0~2.5μs的飞行时间内，采集的原始数据的标准差小于80ps，有利于整机产品实现具有高重复精度的测距效果。

低温漂 适应复杂环境

测距设备应用环境较为复杂，需要在各种环境温度下工作，要求TDC拥有较高的环境鲁棒性。如下图所示，TMIS7701/7702在?40℃~125℃范围内，500ns的飞行时间，测量结果值从最低温到最高温仅偏移了0.6ns，在同类产品中处于较低水平，而且良好的温漂一致性可以很方便地进行温度补偿。通过采用指定的温漂系数进行补偿，TMIS7701/7702产品在?40℃~125℃范围内的测量误差不超过±60ps （3sigma，99.74%置信概率）。

此外，TMIS7701/7702的测量精度（标准差）也具有良好的温度一致性，在?40℃~125℃范围内均保持较低水平且变化不大。

低功耗 更加节能

TMIS7701/7702工作电流和静态电流在同类产品中处于较低水平且具有多周期平均值模式，最多可进行128个自主平均值计算，可使测距系统整体功耗进一步降低。

拓尔微可以给客户提供完整的开发套件，包含上位机软件、示例程序代码、参考设计，以及demo板等资料，并竭力提供能够快速响应客户需求的强大的技术支持和服务。

为了满足市场对高性能TDC产品需求的快速增加，拓尔微将在现有TDC产品基础上，于近期推出专用于流量计、水表、气表的多功能TDC产品，为业界提供高品质的距离、流量、速度测量解决方案。

近些年，随着人工智能技术的普及，机器人和自动驾驶技术得到了快速发展，其中飞行时间（Time-of-Flight）测距与激光雷达作为机器人和自动驾驶技术的核心部件也受到了业界的广泛关注。飞行时间（ToF）测距与激光雷达的应用领域涵盖了机器人、自动驾驶、侦探侦察、无人机、测绘测量、医学成像、VR/AR等众多场景。

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