弥补激光雷达不足MIT为自动驾驶开发片上亚太赫兹传感阵列|亚博竞彩App

泡沫雕刻机 | 2021-03-09

亚博下载软件_麻省理工学院的研究人员开发了一种用于亚太赫兹波段物体识别的芯片,它可以与其他基于光的图像传感器结合,帮助自主车辆投射浓雾。一般来说,依靠基于环境光的图像传感器的自主车辆无法应对浓雾等耀眼的环境。据Mems Consulting称,麻省理工学院(MIT)的研究人员开发了一种亚太Hz电磁辐射接管系统,可以在传统传感方案过热时获得无人驾驶汽车的辅助。

亚太赫兹波段位于电磁波序列中微波和红外电磁辐射之间,容易透过浓雾和尘云被观测到,但自主车辆广泛使用的红外激光雷达光学系统非常困难。亚太赫兹光学系统通过发射器发送初始信号,然后接收器测量亚太赫兹波的吸收和光,从而构建物体观测。然后发送信号给处理器修复物体的图像。

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然而,将亚太赫兹传感器应用于无人驾驶汽车仍然具有挑战性。精确和敏感的物体识别需要从接收器向处理器发送强输入基带信号,而由分解该信号的分立元件组成的传统系统相当大且便宜。

小尺寸芯片上的传感器阵列已经发表了很长时间,但是它们的信号非常微弱。在最近由FSO国家电路的电气和电子工程师协会杂志在线发表的一篇论文中,麻省理工学院的研究人员解释了一个二维的亚太赫兹芯片接管阵列。

该阵列的灵敏度比以前的片上传感阵列高几个数量级,这意味着它可以在大量信号噪声的背景下更好地搜索和利用亚太赫兹波。为了建立这一目标,麻省理工学院的研究人员使用了一种独立国家的信号混合像素方案,称为“外差检测器”,这种方案通常很难在芯片中密集构建。麻省理工学院的研究人员大大增加了外差探测器的尺寸,这使得它们需要内置在芯片中。

其技术诀窍是构建一个灵活的多用途组件,可以同时降低下混合输入信号、实时像素阵列和产生强输入基带信号。研究人员构建的原型产品在一个1.2平方毫米的设备上构建了一个32像素的阵列。这些像素的灵敏度比最差的片上亚太赫兹阵列传感器低4300倍左右。

随着进一步的研发,这种芯片可能会被用作无人驾驶汽车和自动机器人。“这项研究的目的是为自动驾驶车辆和无人机获得一个更好的‘电子眼’”,这项研究的合著者、麻省理工学院电气工程和计算机科学副教授若南汉说。韩还是麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)太赫兹建筑电子学组的负责人。

“在险恶的环境中,我们的低成本片上亚太赫兹传感器可以完全补充激光雷达传感器。”本论文的其他作者包括第一作者和2000年出版人,他们都是韩研究组电气工程与计算机科学系的博士生。分散式设计这种设计的关键被研究者称为“分散式”。在这种设计中,一个被称为“外差”像素的单个像素产生差频胶片,或者两个输出亚太赫兹信号之间的差频。

它还产生“内在平衡”,即改变输出频率的电信号。这种“下混合”过程可以产生MHz范围内的信号,基带处理器可以很好地理解这一点。它的输入信号可以用来计算物体的距离,这类似于激光箭头到达物体所需的时间和激光雷达计算的声波。

此外,对像素阵列的输入信号进行积分并控制其方向,可以构建场景的高分辨率图像。因此,我们不仅可以构建物体观察,还可以识别物体,这在自动驾驶和机器人应用中非常重要。

外差像素阵列仅在来自所有像素的本地振荡器信号是实时的时才起作用,这意味着信号实时技术是必要的。集中式设计还包括一个集线器,可以将本地平衡信号共享给所有像素。 这些设计一般用于频率较低的接收机,在亚太Hz频段可能会出现一些问题。

众所周知,在亚太赫兹频段,单个集线器很难产生高功率信号。随着阵列的不断扩展,每个像素共享的功率不会降低,从而降低输入基带信号的强度,这与本地信号的功率有很大的不同。

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结果,每个像素产生的信号可能非常弱,导致传感器阵列的灵敏度降低。一些片上传感器已经用于这种设计,但它们仅限于8个像素。

麻省理工学院研究人员的分布式设计解决了易受阵列大小影响的问题。每个像素产生其自己的本地振荡器信号,该信号被用作接管和缩混输入信号。

此外,耦合器可以使每个像素的本地振荡信号及其相邻像素的波动信号实时。这给了每个像素更高的输出功率,因为本地平衡信号将从全局中枢流入。

韩说,这种新的分散式设计只不过是一种灌溉系统。传统的灌溉系统有一个泵,它引导强大的水流通过管网,并将水分配到许多倾倒点。来自每个灭火喷嘴的水流比来自泵的初始水流弱得多。如果灭火喷嘴预计以完全相同的速度倾倒,则需要另一个控制系统。

研究人员的设计相当于为每个倾倒点获得自己的水泵,这需要连接管道,并为每个喷嘴获得强水流输入。此外,每个灭火喷嘴还与其相邻的喷嘴连通,以实时实现其脉冲率。“通过我们的设计,传感器阵列的可扩展性基本上是不可接受的,”韩说。

“可以根据需要创建给定数量的‘倾倒点’,所有‘泵’都可以实时抽取完全相同的水量。”然而,这种新的架构可能会使每个像素的标记区域变大,这显然对阵列的大规模和高密度构建提出了巨大的挑战。在他们的设计中,研究人员将传统独立国家的四个组件(天线、混频器、振荡器和耦合器)的各种功能集成到分配给每个像素的“多任务”组件中。

这构建了一个32像素的集中式设计。“我们在芯片上为这种‘分布式’设计创造了一个多功能组件,并合并了一些共存的结构来增加每个像素的大小,”胡说。“虽然每个像素都必须继续执行简单的操作,但它仍然可以保持其灵活的大小,因此我们可以构建大规模高密度阵列。”为了使系统需要使用亚太Hz频率导航系统测量物体的距离,本地平衡信号的频率必须稳定。

为此,研究人员在他们的芯片中重新添加了一个称为锁相环的元件,它需要将所有32个本地信号的亚太赫兹频率作为稳定的低频参考。因为像素是耦合的,所以第一锁相环的太赫兹电磁辐射单元具有相同的高稳定幅度和频率。这确保了可以从输入基带信号中提取有意义的信息。

整个架构最大限度地减少了信号损失,并最大限度地提高了可控性。“总的来说,我们建立了一个相干阵列,每个像素具有非常低的本地振荡器功率,因此每个像素都具有高灵敏度,”胡说。。

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