机器人激光雷达ADC：高速不过是基本要求

如果说电机驱控决定了移动机器人执行层的基本能力，那感应模块的性能就决定了移动机器人感知层的水平。这里说的感应模块并不只具体到机器人所配置的超声波、激光雷达这一层，而是具体到超声波、激光雷达所应用的半导体元件上。

一般来说，移动机器人感应模块通常需要具有集成或分立数字转换器的高速信号链以及计算模块之间的高速低延迟通信。对于移动机器人感知层这种极其要求实时性的模块来说，感知层如果无法做到对环境数据的实时抓取与传输，那么显然这个移动机器人是不够“智能化”，不够“自主化”的。

激光雷达模块是现在移动机器人应用最多的子系统，所以我们不妨从激光雷达来看其中的半导体元件。高速信号链肯定是离不开ADC的，激光雷达模块中所应用到的ADC无疑比其他传感器上所有的ADC要求要高一些，尤其是对于“高速”这个要求。

TI 机器人感应模块ADC应用

对于移动机器人激光雷达模块的ADC应用来说，大于10 MSPS的数据吞吐速率是必需的，即便是普遍的ToF系统也需要高转换速率，更不用说以后可能会应用的FMCW系统对ADC速率更高的要求了。

TI在此应用上推出的是ADC324X这个系列，双通道125 MSPS的14 bit模数转换器。25 MSPS至125 MSPS的转换速率专门应用于具有宽动态范围需求且要求苛刻的高输入频率信号。

（图源：TI）

整个系列的信噪比SNR水平在73.3dB左右，SFDR在94dB左右，这种高性能可以带来很多优势，比如在激光雷达模块中为雷达与成像技术提供更高的分辨率。考虑到实际工况，14 bit的ADC324X系列的ENOB为11.8 bit，这是十分接近理论分辨率的有限分辨率了，很多在同信号频率和速率范围内的ADC其ENOB都在11.5左右。

ADC324x支持串行低压差分信令（LVDS）与1分频、2分频以及4分频的灵活输入时钟缓冲器，从而减少接口线路的数量来实现高系统集成度。串行LVDS接口为双线制，通过两个LVDS对串行输出每个ADC数据。内部锁相环会将传入的ADC采样时钟加倍，以获得串行输出各通道的14位输出数据时所使用的位时钟。

该系列在最大转换速率125 MSPS下，每个通道还能实现116mW的超低功耗。超低功耗这一指标永远具有吸引力。在支持斩波、多芯片同步、高等级通道隔离以及内部抖动的高性能ADC系统下，超低的功耗无疑为整个感知模块起到了相当大的减负作用。除此之外，当 SYSREF输入实现整个系统同步时，时钟输入分频器也将给予系统时钟架构设计更高的灵活性。

ADI 激光雷达ADC应用

ADI 很多信号处理解决方案都能增强激光雷达系统的能力。从放大器到DAC ，从比较器到高速多通道ADC，ADI针对感知模块上应用的ADC在动态范围、功耗、带宽、SNR上都有着领先的性能。

（图源：ADI）

在这些应用的半导体元件中，AD9094是极其突出的应用于高频输入信号采样的8位1 GSPS 四通道ADC。AD9094经过专门设计，能够对高达1.4 GHz的宽带宽模拟信号进行采样。从信噪比SNR来看，AD9094的SFDR为71dBFS（@611 MHz），SNR为48.6dBFS，SINAD为48.5dBFS，在611 MHz的信号频率下这个信噪比水平是绝对的行业标杆。

在这个高速的四通道ADC上，多级差分流水线架构可以实现灵活的JESD204B通道配置。同时每一个通道都具有极低的功耗。速率为1 GSPS时总功率1.6W，也就是说单个通道仅有400mW的功耗。AD9094还提供灵活的关断选项，可以在必要时大幅度再降低功耗。宽输入带宽、高采样速率和高工作线性度再搭配上低功耗，对于移动机器人感知层来说已经能提供最大的助力。

再加上集成式的宽带抽取滤波器和数控振荡器（NCO）模块、用于系统热管理的片内温度二极管以及片内抖动等等各种模块功能，高性能的感知层更好地实现了信号链高速以及模块间的高速低延迟。

小结

以上都是具体到激光雷达模块应用的ADC在探讨，也不难看出在这种设计里不仅仅只需要ADC有高速的性能，或者说高速是最基本的。如何在给予系统高速的数据转换效率同时给予这个系统更高的灵活度、更高的集成性、更好的信号处理以及更低的功耗才是最重要的。