1 應用簡報

引言

在汽車激光雷達和工業接近感應等常見飛行時間 (ToF) 應用中，從指定目標反射的信號（回波）在振幅和脈沖寬度上各不相同。例如，光滑表面的反射效果優于粗糙表面，而白色物體的反射效果優于黑色物體。

圖 1 汽車激光雷達

使用高速放大器放大回波有助于將回波從本底噪聲中分離出來，但要實現準確的 ToF 測量，則需要使用具有超小輸入過驅分散的比較器。

圖 2 脈沖接收器電路

過驅分散挑戰

系統設計人員可以針對不同環境條件（如溫度、濕度和中等密度或中等粘度）導致的 ToF 變化進行校準（偏斜消除），但是要實現精確的 ToF 測量，回波信號幅度及其相關的傳播延遲變化才是最大的設計挑戰。

圖 4 不同的信號強度

如前所述，不同的表面可能具有不同的反射特性。這意味著，即使物體與發射源之間的距離相同，所接收到回波的振幅也會有所不同。激光測距儀（接近檢測）工具（如圖 5 所示）也面臨著這一挑戰。使用過驅分散極小的高速比較器可以顯著減小這種信號強度變化造成的誤差，使得不管反射脈沖的幅度如何，系統都能準確計算到物體的距離。由于沒有一種簡單的解決方案可以根據不同的輸入過驅來校準不同的傳播延遲時間，因此選擇具有極小輸入過驅分散的比較器非常重要。

圖 5 激光測距儀

應對回波振幅不同挑戰的解決方案

解決方案似乎非常簡單，那就是使用過驅分散極小的超快比較器。遺憾的是，超快比較器通常具有與 TDC7200 等許多現成時數轉換器 (TDC) 不兼容的輸出級。TLV3801 等超快比較器的傳播延遲在 225ps 范圍內，過驅分散低至 5ps，但這種性能需要與低壓差分信號 (LVDS) 兼容的專用輸出級。LVDS 是一種全差分協議，具有相對較低的振幅擺動，可實現高速響應能力。遺憾的是，TDC 通常具有單端互補金屬氧化物半導體 CMOS) 輸入級，非常適合具有推挽輸出的高速比較器。TLV3601 等器件具有 600ps 的過驅分散，但這也意味著系統現在需要能夠承受高達 600ps 的 ToF 測量變化。

好消息是，解決方案并沒有人們想象的那么困難。我們可以使用 TLV3801 等 LVDS 比較器的高速、超低過驅性能來將放大器級輸出的回波數字化，然后使用具有推挽輸出級的高速比較器（例如 TLV3601），將差分 LVDS 信號轉換為更易于使用的單端 CMOS 電平。

圖 6 LVDS 至單端轉換

結論

這種方法看起來存在矛盾，因為具有推挽輸出級的高速比較器由于過驅分散而導致誤差過大。然而，由于 TLV3601 從 TLV3801 接收以 1.2V 為中心的差分 LVDS 信號，因此信號路徑中沒有過驅分散貢獻（也就是說，無論回波信號幅度如何，過驅電平始終相同，因為 TLV3801 已將其數字化）。在這個建議解決方案中，TLV3601 實際上就像是一個 LVDS 到單端 CMOS 轉換器。LVDS TLV3801 能夠盡可能地減小 ToF 測量的過驅分散誤差，而 TLV3601 可將該信號轉換為與常見 TDC 器件兼容。