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18 Elektronik automot ive Assistenzsysteme der und beschleunigt das Elektron um weitere Elektronen herauszulösen Das steigert die Anzahl freier Elektronen für jedes empfangene Photon Dieser sogenannte Avalancheoder Lawineneffekt fügt einen Multiplikationsfaktor M-Faktor hinzu Die Verstärkung die von der Sperrspannung abhängig ist erlaubt es kleinere Signale zu erkennen da die TIAs wegen ihres Grundrauschens generell der limitierende Faktor für den SNR sind Ziel ist es das Grundrauschen an die nächste Stufe in der Signalkette anzupassen In diesem Fall ist das Grundrauschen der TIAs durch eine ausreichende Verstärkung des APD angepasst um das Rauschen der Signalkette leicht zu dominieren und damit im System den besten SNR zu erhalten Dieses Konzept der Rauschanpassung wird in vielen Signalketten eingesetzt in denen das Grundrauschen des Sensors nicht der limitierende Faktor ist In der Praxis führt die Erhöhung der Leistung des Empfängers zu einem erweiterten Detektionsbereich Ein weiterer wichtiger Vorteil von APDs ist ihre schnelle Erholung nach einer Sättigung Dabei ist wiederum der TIA der limitierende Faktor Lidarspezifische TIAs sind so entwickelt dass sich die Sättigungszeiten reduzieren lassen und ein Erblinden der Lidar-Systeme verhindert wird Die einzige Kehrseite von APDs ist ihr relative hoher Arbeitspunkt einige hundert Volt und der damit verbundene hohe Temperaturkoeffizient Lidar stellt besondere Anforderungen an TIAs Ein geringes Stromrauschen und hohe Bandbreiten sind typisch für alle optischen Applikationen Ein geringer Stromverbrauch ist jedoch ebenfalls eine Notwendigkeit Das Leistungsbudget kann sehr schnell an seine Grenzen geraten da moderne Systeme 64 oder mehr APD-Kanäle besitzen Daher sind stromsparende Betriebsarten nötig wenn der TIA nicht aktiv ist Auch müssen die Systeme in der Lage sein schnell wieder aufzuwachen um den Leistungsbedarf zu optimieren Eine weitere Anforderung an moderne Lidar-TIAs sind Klemmschaltungen bei Sättigung um das Rauschen und die Bandbreite am Eingang auszubalancieren und anzugleichen Einen Hauptunterschied zwischen einer üblichen optischen Signalkette und Lidar stellt die Umgebung dar in der die Systeme eingesetzt werden Bei Glasfaseranwendungen ist das System in sich geschlossen und sehr stabil Bei Lidar-Systemen muss jedoch noch der Einfluss durch die Sonne und durch andere Lidar-Systeme beachtet werden Die Sonne kann eine Eingangsgleichspannung generieren die den linearen Bereich der Empfängersignalkette in die Sättigung treibt Dies ist die erste große Herausforderung die Ingenieure bei der Entwicklung solcher Systeme lösen müssen Überlegungen zur Eingangs-AC-Kopplung Eine einfache Methode das DC-Signal abzublocken stellt Ingenieure beim Implementieren oft vor erhebliche Schwierigkeiten Das Platzieren eines AC-Koppelkondensators zwischen dem APD und dem TIA Denn durch den Kondensator lassen sich DC-Effekte zwar mindern aber er bringt weitere Herausforderungen mit sich Zunächst macht das Einfügen eines AC-Koppel-Bild 4 Die Ausgangs-Multiplex-Zeit OMUX und die Kanalschaltzeit für einen ACgekoppelten Eingang R B 12 kΩ Bild Analog Devices Bild 5 Sättigung bei hohem Eingangsstrom mit C IN 100 pF R B 2 2 kΩ Bild Analog Devices