CN108919234B - 发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达 - Google Patents

发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达 Download PDF

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Abstract

本发明提供了发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达，涉及激光技术领域，包括：采样信号处理电路输入发射采样信号，并对发射采样信号进行处理生成采样电压信号；控制信号处理电路输入发射控制信号，并对发射控制信号进行处理生成控制电压信号；START信号生成电路根据控制电压信号对采样电压信号进行处理，生成START信号。本发明通过对激光发射信号进行采样，再经过限流、耦合、电平调整后输入至触发器，与RESET一起生成START信号，能够记录激光脉冲发射的准确时刻，并且将发射采样信号转化为ECL电平的START信号，适应高速信号处理，使START信号更准确。

Description

发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达。
背景技术
激光雷达作为一种主动式的现代光学遥感设备，是汽车自动驾驶、机器人定位导航、空间环境测绘、安保安防等领域必不可少的核心传感器。脉冲式激光雷达采用TOF(Timeof Flight，飞行时间)原理实现测距，通过发射***向目标物体发射激光信号，并通过接收***接收目标物体返回的激光回波信号，计算调制激光发射信号和返回的激光回波信号的时间差得到光程，进而得到目标物体的距离，实现激光测距。随着激光雷达在工业、军事、科研等领域的广泛应用，人们对激光雷达测量精度的要求也越来越高。影响测量精度的因素除了激光脉冲经过目标物反射的回波信号产生的STOP信号的准确度以外，激光脉冲发射时刻START信号的准确度也非常重要。
常用的START信号的选取一种是控制器给出发射驱动控制信号的同时，输出START信号给时间测量模块作为飞行时间的起始信号。另一种是控制器给出发射驱动信号，激光器发射脉冲，经分光镜分为两路，一路用于距离测量，一路经反射镜直接回到接收，经过处理电路得到START信号，作为飞行时间的起始信号。但是这两种方法都不能准确的记录激光脉冲发射的准确时刻。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达，以提高记录激光脉冲发射时刻的准确性，并且将发射采样信号转化为ECL电平的START信号，以适应高速信号处理，使START信号更准确。
第一方面，本发明实施例提供了一种发射采样信号的处理电路，其中，包括：
采样信号处理电路，用于输入发射采样信号，并对所述发射采样信号进行处理生成采样电压信号；
控制信号处理电路，用于输入发射控制信号，并对所述发射控制信号进行处理生成控制电压信号；
START信号生成电路，分别与所述采样信号处理电路和所述控制信号处理电路相连，用于根据所述控制电压信号对所述采样电压信号进行处理，生成START信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述采样信号处理电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；
电阻R1的一端输入所述发射采样信号，电阻R1的另一端通过电容C1分别与电阻R2和电阻R3的连接点以及所述START信号生成电路相连，电阻R2的另一端接VCC，电阻R3的另一端接地。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制信号处理电路包括：电阻R6、电阻R7和电阻R8；
电阻R6的一端输入所述发射控制信号，电阻R6的另一端分别与电阻R7和电阻R8的连接点以及所述START信号生成电路相连，电阻R7的另一端接VCC，电阻R8的另一端接地。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述START信号生成电路包括：触发器U1、电阻R4、电阻R5和电容C2；
触发器U1的引脚4与所述采样信号处理电路中电容C1、电阻R2和电阻R3的连接点相连，触发器U1的引脚3与引脚2的连接点分别与电阻R4和电阻R5的一端相连，电阻R4的另一端接VCC，电阻R5的另一端接地，触发器U1的引脚1与所述控制信号处理电路中电阻R6、电阻R7和电阻R8的连接点相连，触发器U1的引脚5接地，触发器U1的引脚6悬空，触发器U1的引脚7输出所述START信号，触发器U1的引脚8接VCC并与电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括电阻R9；
电阻R9的一端与所述触发器U1的引脚7相连，电阻R9的另一端接地。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述START信号生成电路还用于：
触发器U1的引脚1根据所述控制电压信号处于高电平或者低电平，当所述采样电压信号的下降沿在触发器U1的引脚1为低电平时，触发器U1的引脚7将生成由低到高的输出信号，所述输出信号的上升沿为所述START信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括采样电阻；
所述采样电阻，与所述采样信号处理电路相连，用于将发射电流转换为所述发射采样信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括单片机；
所述单片机，与所述控制信号处理电路相连，用于生成所述发射控制信号。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述发射控制信号为频率为50KHz，占空比为30％的脉冲信号。
第二方面，本发明实施例还提供一种脉冲式激光雷达，其中，包括如上任一项所述的发射采样信号的处理电路。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达，包括：采样信号处理电路输入发射采样信号，并对发射采样信号进行处理生成采样电压信号；控制信号处理电路输入发射控制信号，并对发射控制信号进行处理生成控制电压信号；START信号生成电路根据控制电压信号对采样电压信号进行处理，生成START信号。本发明通过对激光发射信号进行采样，再经过限流、耦合、电平调整后输入至触发器，与RESET一起生成START信号，能够记录激光脉冲发射的准确时刻，并且将发射采样信号转化为ECL电平的START信号，适应高速信号处理，使START信号更准确。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的发射采样信号的处理电路结构图；
图2为本发明实施例提供的发射采样信号的处理电路图。
图标：
100-采样信号处理电路；200-控制信号处理电路；300-START信号生成电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，随着激光雷达在工业、军事、科研等领域的广泛应用，人们对激光雷达测量精度的要求也越来越高。影响测量精度的因素除了激光脉冲经过目标物反射的回波信号产生的STOP信号的准确度以外，激光脉冲发射时刻START信号的准确度也非常重要。常用的START信号的选取一种是控制器给出发射驱动控制信号的同时，输出START信号给时间测量模块作为飞行时间的起始信号。另一种是控制器给出发射驱动信号，激光器发射脉冲，经分光镜分为两路，一路用于距离测量，一路经反射镜直接回到接收，经过处理电路得到START信号，作为飞行时间的起始信号。但是这两种方法都不能准确的记录激光脉冲发射的准确时刻。
基于此，本发明实施例提供的发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达，可以提高记录激光脉冲发射时刻的准确性，并且将发射采样信号转化为ECL电平的START信号，以适应高速信号处理，使START信号更准确。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的发射采样信号的处理电路进行详细介绍。
实施例：
图1为本发明实施例提供的发射采样信号的处理电路结构图。
参照图1和图2，发射采样信号的处理电路包括如下内容：
采样信号处理电路100，用于输入发射采样信号，并对发射采样信号进行处理生成采样电压信号；
具体的，还包括与采样信号处理电路100相连的采样电阻。发射采样信号F_SPL是由发射驱动电路中的采样电阻将发射电流转换为信号幅度在30V以上电压信号，该电压信号即为输入至采样信号处理电路100中的发射采样信号。这里，通过直接对发射电流采样，能够准确的记录激光发射瞬间的时刻，
对发射采样信号的处理包括：通过串联的限流电阻R1将发射采样信号降到0～5V，提供给后级电路；在采样信号处理电路100中根据信号频率串联适当值的耦合电容C1，使信号不衰减的耦合到下一级；通过分压电阻R2和R3将前级耦合信号增加直流分量，使得最终所生成采样电压信号的电平满足触发器U1的输入要求。
控制信号处理电路200，用于输入发射控制信号，并对发射控制信号进行处理生成控制电压信号；
具体的，还包括与控制信号处理电路200相连的单片机。发射控制信号F_CTRL由单片机生成，发射控制信号为频率为50KHz、占空比为30％的脉冲信号。
START信号生成电路300，分别与采样信号处理电路100和控制信号处理电路200相连，用于根据控制电压信号对采样电压信号进行处理，生成START信号。
具体的，D触发器U1的RESET(即：引脚1)根据控制电压信号处于高电平或者低电平，采样电压信号F_SPL作为D触发器的时钟信号，当采样电压信号F_SPL的下降沿在D触发器U1的RESET为低电平时，D触发器U1的引脚7将生成由低到高的输出信号，输出信号的上升沿为激光脉冲发射的起始时刻START，即生成START信号。这里的START信号为ECL(EmitterCoupled Logic，发射极耦合逻辑电路)脉冲信号。
阻抗匹配电路，与START信号生成电路300相连，在D触发器U1输出端(即：引脚7)并联阻抗匹配电阻R9到地，使START信号连接到控制板，提供给时间测量模块。电阻R9可以为50欧姆。
具体的电路图如图2所示。采样信号处理电路100包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；控制信号处理电路200包括：电阻R6、电阻R7和电阻R8；START信号生成电路300包括：触发器U1、电阻R4、电阻R5和电容C2；阻抗匹配电路包括电阻R9。触发器U1为D触发器。
采样信号处理电路100包括：电阻R1的一端输入发射采样信号F_SPL，电阻R1的另一端通过电容C1分别与电阻R2和电阻R3的连接点以及START信号生成电路300中D触发器U1的引脚4相连，电阻R2的另一端接VCC，电阻R3的另一端接地。其中电阻R2和电阻R3为分压电阻，对VCC信号分压后与电容C1输出端信号混合，使输入D触发器U1的引脚4的采样电压信号增加了一个直流分量，满足了D触发器U1对输入信号的要求。
控制信号处理电路200包括：电阻R6的一端输入发射控制信号F_CTRL，电阻R6的另一端分别与电阻R7和电阻R8的连接点以及D触发器U1的引脚1相连，电阻R7的另一端接VCC，电阻R8的另一端接地。
START信号生成电路300包括：D触发器U1的引脚4与采样信号处理电路100中电容C1、电阻R2和电阻R3的连接点相连，触发器U1的引脚3与引脚2的连接点分别与电阻R4和电阻R5的一端相连，电阻R4的另一端接VCC，电阻R5的另一端接地，触发器U1的引脚1与控制信号处理电路200中电阻R6、电阻R7和电阻R8的连接点相连，触发器U1的引脚5接GND，触发器U1的引脚6悬空，触发器U1的引脚7与电阻R9的一端相连并产生F_TDC信号(即：START信号)作为时间测量模块的START输入，电阻R9的另一端接GND，触发器U1的引脚8接VCC并与电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地。
上述实施例所提供的发射采样信号的处理电路，通过直接对发射电流信号采样，能够准确的记录激光发射瞬间的时刻；采样脉冲的ECL信号转换采用高速D触发器(延时仅为350ps)，生成的ECL脉冲信号适合高速信号处理，使时间测量模块获得START信号的速度更快，从而使测量精度更高；以及，采用50欧姆阻抗匹配，使信号衰减小，抗干扰能力增强。
另外，在其他的实现方式中，还提供一种脉冲式激光雷达，其包括上述的发射采样信号的处理电路。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的发射采样信号的处理电路及脉冲式激光雷达，包括：采样信号处理电路输入发射采样信号，并对发射采样信号进行处理生成采样电压信号；控制信号处理电路输入发射控制信号，并对发射控制信号进行处理生成控制电压信号；START信号生成电路根据控制电压信号对采样电压信号进行处理，生成START信号。本发明通过对激光发射信号进行采样，再经过限流、耦合、电平调整后输入至触发器，与RESET一起生成START信号，能够记录激光脉冲发射的准确时刻，并且将发射采样信号转化为ECL电平的START信号，适应高速信号处理，使START信号更准确。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发射采样信号的处理电路，其特征在于，包括：
采样信号处理电路，用于输入发射采样信号，并对所述发射采样信号进行处理生成采样电压信号；
控制信号处理电路，用于输入发射控制信号，并对所述发射控制信号进行处理生成控制电压信号；
START信号生成电路，分别与所述采样信号处理电路和所述控制信号处理电路相连，用于根据所述控制电压信号对所述采样电压信号进行处理，生成START信号。
2.根据权利要求1所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，所述采样信号处理电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；
电阻R1的一端输入所述发射采样信号，电阻R1的另一端通过电容C1分别与电阻R2和电阻R3的连接点以及所述START信号生成电路相连，电阻R2的另一端接VCC，电阻R3的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，所述控制信号处理电路包括：电阻R6、电阻R7和电阻R8；
电阻R6的一端输入所述发射控制信号，电阻R6的另一端分别与电阻R7和电阻R8的连接点以及所述START信号生成电路相连，电阻R7的另一端接VCC，电阻R8的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，所述START信号生成电路包括：触发器U1、电阻R4、电阻R5和电容C2；
触发器U1的引脚4与所述采样信号处理电路中电容C1、电阻R2和电阻R3的连接点相连，触发器U1的引脚3与引脚2的连接点分别与电阻R4和电阻R5的一端相连，电阻R4的另一端接VCC，电阻R5的另一端接地，触发器U1的引脚1与所述控制信号处理电路中电阻R6、电阻R7和电阻R8的连接点相连，触发器U1的引脚5接地，触发器U1的引脚6悬空，触发器U1的引脚7输出所述START信号，触发器U1的引脚8接VCC并与电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，还包括电阻R9；
电阻R9的一端与所述触发器U1的引脚7相连，电阻R9的另一端接地。
6.根据权利要求4所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，所述START信号生成电路还用于：
触发器U1的引脚1根据所述控制电压信号处于高电平或者低电平，当所述采样电压信号的下降沿在触发器U1的引脚1为低电平时，触发器U1的引脚7将生成由低到高的输出信号，所述输出信号的上升沿为所述START信号。
7.根据权利要求1所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，还包括采样电阻；
所述采样电阻，与所述采样信号处理电路相连，用于将发射电流转换为所述发射采样信号。
8.根据权利要求1所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，还包括单片机；
所述单片机，与所述控制信号处理电路相连，用于生成所述发射控制信号。
9.根据权利要求8所述的发射采样信号的处理电路，其特征在于，所述发射控制信号为频率为50KHz，占空比为30％的脉冲信号。
10.一种脉冲式激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的发射采样信号的处理电路。
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