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20 Elektronik automot ive Assistenzsysteme Ausgang wenn C IN mit hohen Eingangsströmen beaufschlagt wird Als Auswirkung eines 10-mA-Pulses auf einen ACgekoppelten TIA mit einem R Bvon 2 2 kΩ und einem C IN von 100 pF zeigen sich nach Eintreten eines hohen Strompulses deutlich zwei unterschiedliche Betriebsregionen Nach einem 10-mA-5-ns-Eingangsspuls ist der AC-Kondensator voll aufgeladen und der Ausgang des TIAs liegt auf Masse Diese Ausgangssättigung auf Masse ist ein Symptom dafür dass der Eingang weit über seinen Nennwert von 1 5 Vgezogen und eine Funktion von Amplitude und Dauer des Detektorstroms ist Je höher der gepulste Strom ist desto länger ist der Ausgang in Sättigung und auf Masse gezogen Der zweite Betriebsbereich ist der Erholungszustand Die Zeitkonstante für die Erholung korreliert mit R Bund C IN Die Bilder 6a und 6b zeigen die beiden Mechanismen unter unterschiedlichen Bedingungen und liefern tiefere visuelle Einblicke Die gesamte Erholungszeit ist die Summe der aktiv leitenden railed Zeiten und der Erholungszeiten für den ACgekoppelten Eingangs-TIA Um die Erholungszeit zu verkürzen mag es verlockend sein einen kleinen Widerstandswert für R Bzu wählen Aber R Bist auch ein paralleler Pfad für den Detektor ein gewisser Anteil der Eingangsströme fließt weg – diese »gestohlenen« Ströme führen zur Reduktion der Gesamtverstärkung des APDs Wenn Lidar unter realen Umweltbedingungen läuft ist es möglich dass starke Lichtpulse von anderen Systemen einstreuen die dazu führen dass die Erholung aus der Sättigung bei einem Nanosekunden-Laserpuls mehrere zehn Mikrosekunden dauert Überlegungen zur Eingangs-DC-Kopplung Ein DCgekoppelter Eingang ist unkompliziert Bei einem hohen Pegel erlaubt es der DCgekoppelte Eingang in Bild 7 dem TIA sich schnell aus der Sättigung zu erholen und ist dabei nur von der Sättigungserholung des TIA limitiert Der Nachteil dieser Methode ist dass der Gleichstrom vom APD zum TIA-Eingang fließen kann Leider benötigen Umgebungslicht Dunkelund Leckströme hervorgerufen durch den Detektor einiges oder sogar den Großteil des linearen Bereichs des TIA Dieser reduzierte Dynamikbereich verschlechtert wiederum den SNR der Empfangssi gnalkette wesentlich Bei zu viel Umgebungslicht wird der Dynamikbereich des TIA praktisch völlig aufgebraucht und das System damit »blind« Die am häufigsten verwendeten Methoden zum Beschränken des Einflusses von Umgebungslicht auf das System arbeiten meist mit einer optischen Filterung Bild 8 oder aktiven Schaltungen zum Beseitigen des Offsets Bild 9 Optische Bandpassfilter können direkt auf das APD-Fenster oder die Linse aufgebracht werden sie reduzieren die Effekte von Umgebungslicht deutlich Das optische Filter hilft allerdings nicht bei Reflexionen von interner Optik die ein ebenfalls großes unerwünschtes Signal erzeugen können Es ist jedoch eine gute erste Strategie zur Signalverbesserung Eine aktive Schaltung zur DC-Beseitigung injiziert einen umgekehrten Strom in den Eingang des TIA um den Eingangs-DC-Anteilen entgegenzuwirken Ein solches System benötigt eine geschlossene Regelschleife vom TIA-Ausgang zu seinen Eingängen und es ist große Sorgfalt nötig um die Rauschund Schalteigenschaften des TIA aufrechtzuerhalten Da man es mit TIA-Verstärkungen von 10k bis 100k zu tun hat ist auch die Schleifenstabilität eine große Herausforderung Dafür nötige Schaltungstechniken und Schaltungsarchitekturen werden in diesem Artikel nicht behandelt Eine wichtige Erkenntnis ist jedoch dass bei verringerter Stabilität und Eingangskapazität in der Schaltung eine DC-Beseitigung die beste Performance bei der Erholung aus der Sättigung aufweist Dies hat allerdings zusätzliche Kosten und Komplexität zur Folge Es müssen viele Kompromisse geschlossen werden wenn man die AC-Kopplung im Vergleich zur DC-Kopplung oder die Strombeseitigung am TIA-Eingang für Lidar betrachtet Die Eingangskopplung DC AC DC-Strombeseitigung Vorteile Schnelle Erholung aus der Sättigung schnelles Kanalschalten einfach zu entwickeln Maximaler Dynamik bereich selbst bei Umgebungslicht und APDVerlusten Maximaler Dynamikbereich selbst bei Umgebungslicht und APDVerlusten schnelle Erholung aus der Sättigung schnelles Kanalschalten Nachteile Verringerung des Dy namikbereichs durch Umgebungslicht und APDVerluste Diverse Überlegungen zum Design nötig langsame Erholung aus der Sättigung Komplexe Schaltung die eine überlegte Entwicklung benötigt Bild 8 Optisches Bandpassfilter zum Abhalten von Umgebungslicht Bild Analog Devices Tabelle 1 Kompromisse bei der Eingangskopplung Quelle Analog Devices Bild 9 Schaltung zur Beseitigung des DCAnteils Bild 7 Ein DCgekoppelter TIA Eingang Bild Analog Devices Bild Ana lo g De vi ce s