FPGA based digital-to-time converter for LiDAR applications

A Digital to Time Converter (DTC, also known as Programmable Delay Unit) is capable of generating an electric pulse with a programmable delay from a start signal. This device can be used for the validation of a dToF (direct Time of Flight) LASER telemeter, by simulating the reflected laser pulse. In this case, the device will be used in combination with a depth map in order to validate a LiDAR scanner, based on the ToF measurement of a LASER pulse train, deflected by a biaxial MEMS mirror system. The circuit has been optimized on a Xilinx Virtex7 FPGA reaching a resolution of 325 ps, DNL = +0.39/-0.39 and INL =+0.31/-0.20. The discussion will cover an introduction on the main technologies behind LIDAR scanners: Laser, sensors, ToF, TDC, DTC, MEMS mirrors with particular focus on the implemented DTC and its measured performance.

Un Digital to Time Converter (DTC, anche chiamato Programmable Delay Unit) é in grado di generare un impulso elettrico con un delay programmabile a partire da un segnale di start. Questo dispositivo puó essere usato per la validazione di un telemetro LASER di tipo dToF (direct Time of Flight), simulando l'impulso laser riflesso. In questo caso, il dispositivo puó essere usato in combinazione con una mappa di profondità per validare uno scanner LiDAR, basato sulla misura del ToF del treno di impusi LASER, deflesso da un sistema di specchietti MEMS biassiale. Il circuito è stato ottimizzato su una FPGA Virtex7 della Xilinx, raggiungendo una risoluzione di 325ps, DNL=+0.39/-0.39 e INL=+0.31/-0.20. Nella discussione si farà cenno alle principali tecnologie dietro gli scanners LiDAR, sensori, ToF, TDC, DTC e specchi MEMS con particolare attenzione sul DTC implementato e la misura delle sue performance.