CN207799065U - 脉冲式激光测距接收电路 - Google Patents

Abstract

脉冲式激光测距接收电路，包括主控制器，主控制器连接有高压发生单元、高压检测电路、温度检测电路、数字滤波电路和时差测量电路，高压发生单元的输出端连接APD单元，APD单元的输出端依次连接有I/V转换电路、增益放大电路和恒比定时电路；恒比定时电路的输出端连接数字滤波电路；数字滤波电路连接时差测量电路，高压发生单元连接高压发生电路；本实用新型，灵敏度高，探测距离远，测量精度高，适应环境广；主要运用于激光雷达接收端。

Description

脉冲式激光测距接收电路

技术领域

本实用新型涉及激光测距技术领域，具体涉及一种脉冲式激光测距接收电路。

背景技术

随着激光测距产业的发展，基于脉冲式的激光测距已成为民用和工业不可或缺的一部分，主要领域涉及到了激光雷达和人工智能行业等。脉冲式的激光测距有着测量速度快、测量距离远的特点，主要原理是基于激光飞行时差而设计，由于它是测量发射与接收之间的时差间距，而不同材质、颜色的物体的光反射率也不一样，所以在不同材质、颜色的物体下导致测量误差会偏大，同时，在不同的环境温度下也会影响其飞行时差的变化。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了脉冲式激光测距接收电路，解决了激光测距的接收电路对信号的矫正的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：脉冲式激光测距接收电路，包括主控制器，主控制器连接有高压发生单元、高压检测电路、温度检测电路、数字滤波电路和时差测量电路，高压发生单元的输出端连接APD单元，APD单元的输出端依次连接有 I/V转换电路、增益放大电路和恒比定时电路；恒比定时电路的输出端连接数字滤波电路；数字滤波电路连接时差测量电路，高压发生单元连接高压发生电路；

所述温度检测电路：将APD单元的工作环境温度实时传输给主控制器；

所述APD单元：用于检测被投射物体上的反射激光信号并将光信号转换成电流信号输出；

所述I/V转换电路：将APD单元输出的电流信号转换成电压信号；

所述增益放大电路：用于电压信号将进行电压放大；

所述恒比定时电路：将放大后的信号进行比较比值恒定与整形；

数字滤波电路对整形后的部分杂波进行滤除；滤波后的信号进入时差测量电路，精确的测量激光飞行时差和回波宽度并将信息反馈到控制器端。

进一步的，高压发生单元包括高压发生电路和滤波电路；高压发生电路包括芯片U1，芯片U1为N沟道增强型高压MOS管，芯片U1的型号为ZVN4525，芯片U1的1脚为MOS管第一漏极脚、5脚为MOS管第二漏极、6脚为MOS管第三漏极以及2为MOS管第四漏极，芯片U1的1脚连接有电感L1，电感L1的另一端连接熔断电阻B1，熔断电阻B1的另一端连接5V电源，5V电源还连接有电容C1，电容C1的另一端连接交流接地端ACGND，芯片 U1的栅极3脚串联电阻R2后连接交流接地端ACGND；芯片U1的源极4脚连接交流接地端 ACGND，芯片U1的6脚连接有连接有电容C2，电容C2的另一端串联电阻R1后连接交流接地端ACGND；芯片U1的6脚作为高压发生电路输出端；MOS管第一漏极脚、MOS管第二漏极脚、MOS管第三漏极脚和MOS管第四漏极脚连通；

滤波电路包括电容C3、电容C3的一端连接有电容电容C4和电阻R3，电容C3和电容C4的另一端连接交流接地端ACGND，电阻R3的另一端连接有电容C5和电阻R4，电容C5 的另一端连接交流接地端ACGND；电阻R4的另一端作为高压发生单元的输出端；电容C3 作为滤波电路的输入端；

滤波电路与高压发生电路之间连接有开关二极管D1，开关二极管D1的阳极连接芯片 U1的6脚；二极管D1阴极连接滤波电路的输入端，二极管D1阴极作为电压检测端。

进一步的，高压检查电路包括芯片U2，芯片U2选用LMV321，芯片U2的正输入脚1 脚连接有电阻R5、电阻R6和电容C7，电阻R5的另一端作为高压检查电路的输入端，电阻R6和电容C7的另一端接地，芯片U2的负向输入端3脚与芯片U2的放大信号输出脚4 脚连接并作为高压检查电路的输出端。

进一步的，温度检测电路包括传感器U3，型号为MCP9700。

进一步的，I/V转换电路包括芯片IC1，芯片IC1型号为MAX3665，芯片IC1的电源端1脚连接有电感B0和电容CU2，芯片IC1的接地端8脚和5脚接地，芯片IC1的第一输出端7脚连接有电感L3，芯片IC1的第二输出端6脚连接有电感L2，电感L3和电感L2的另一端串联有电容RX，电容RX的两端作为I/V转换电路的输出端；

芯片IC1的输入端2脚连接APD单元，APD单元包括S1，S1为APD管或者PIN管， S1的2脚为S1的光电信号输出端，S1的基准高压输入端1脚串联电阻RS后作为输入端； S1的基准高压输入端1脚还连接有电容CU1。

进一步的，增益放大电路包括芯片IC2，IC2的型号为AD8330。

进一步的，恒比定时电路包括延迟电路，信号衰减电路和信号整形电路；延迟电路和信号衰减电路的输出端连接信号整形电路，信号整形电路的输出端作为恒比定时电路的输出端；延迟电路和信号衰减电路的输入端作为恒比定时电路的输入端。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型，零度高，探测距离远，测量精度高，适应环境广；主要运用于激光雷达接收端。

所诉主控制器由高速FPGA为核心控制，主要是读取来自APD单元环境温度、高压输出的控制调节、控制和读取时差测量电路数据，根据测量到飞行时差和回波宽度进行修正和补偿。控制器利用相关资源对可变放大电路进行控制，使得放大增益处于稳定状态。

所述数字滤波电路，该电路主要由数字和模拟组成，该电路将来自恒比定时电路的信号进行滤波处理，并输出给主控制器，进行精准判断信号的真实性，同时该电路的另一端输出接时差测量电路的输入端。从而更好判断测量的信号是否正确。

所诉IV转换电路具有超高的传输带宽，低失真的特点。

附图说明

图1为本实用新型电路框图；

图2为高压发生单元电路原理图；

图3为高压检查电路；

图4为温度检测电路；

图5为I/V转换电路；

图6为增益放大电路；

图7为传感器电路图。

具体实施方式

实施列1

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型所述的一种脉冲式激光测距接收电路，包括主控制器，主控制器连接有高压发生单元、高压检测电路、温度检测电路、数字滤波电路和时差测量电路，高压发生单元的输出端连接APD单元，APD单元的输出端依次连接有I/V转换电路、增益放大电路和恒比定时电路；恒比定时电路的输出端连接数字滤波电路；数字滤波电路连接时差测量电路，高压发生单元连接高压发生电路；

所述温度检测电路：将APD单元的工作环境温度实时传输给主控制器；

所述APD单元：用于检测被投射物体上的反射激光信号并将光信号转换成电流信号输出；

所述I/V转换电路：将APD单元输出的电流信号转换成电压信号；

所述增益放大电路：用于电压信号将进行电压放大；

所述恒比定时电路：将放大后的信号进行比较比值恒定与整形；

数字滤波电路对整形后的部分杂波进行滤除；滤波后的信号进入时差测量电路，精确的测量激光飞行时差和回波宽度并将信息反馈到控制器端。

所诉主控制器由高速FPGA为核心控制，主要是读取来自APD单元环境温度、高压输出的控制调节、控制和读取时差测量电路数据，根据测量到飞行时差和回波宽度进行修正和补偿。控制器利用相关资源对可变放大电路进行控制，使得放大增益处于稳定状态。

所诉APD单元用于探测物体反射光，APD单元将光信号转换成电流信号输出端与I/V 转换电路连接；

所述高压发生电路，用于产生直流电压100V-200V以内的可调高压，其可调电压分辨率为0.5V，其电压输出端与APD单元的反向端连接，并保证APD单元反偏电压的稳定性；

所述数字滤波电路，该电路主要由数字和模拟组成，该电路将来自恒比定时电路的信号进行滤波处理，并输出给主控制器，进行精准判断信号的真实性，同时该电路的另一端输出接时差测量电路的输入端。从而更好判断测量的信号是否正确；

所述高压检测电路，用于采集和反馈APD单元上端的高压，将采集的信息反馈到主控制器，由主控制器控制高压输出的增大与减小。

所述温度检测电路，用于检测环境温度并传输个主控制器，主控制器根据环境温度大小对APD单元进行高压补偿，从而使APD单元在各种环境温度下也能工作在最佳状态；使得APD单元在不同环境温度下都能具有良好的增益，从而更好的接收回波的稳定性；

所诉IV转换电路具有超高的传输带宽，低失真，能将来自光电探测器的小电流信号放大至上百毫伏(MV)的电压信号；

所诉增益放大器，不仅具有超高的增益带宽，而且能在控制器的控制下进行灵活改变其增益放大倍数，在远距离和近距离测量中能将信号控制在理想且不失真；

所诉恒比定时电路，该电路由多个子***组成，与传统的时刻/高通鉴别电路相比，其特点是恒比后的信号能压制不同物体反射信号的衰减，更能大大提升信号的真实性，从而更大的提高测量精度的准确性。该将增益放大电路输出的信号进行恒比整形，并分离出脉冲激光飞行时差和回波宽度。

时差测量电路主要是测量来自时刻鉴别电路的飞行时差和回波宽度，并将测量到数据传送到控制器，其时差测量电路主要特点是测量精度高达10ps，并能同时测量飞行时差和回波宽度，从而不影响每秒测量次数。

实施列2

在实施列1的基础上，结合附图2-附图6做进一步说明：

高压发生单元包括高压发生单元包括高压发生电路和滤波电路；高压发生电路包括芯片U1，芯片U1为N沟道增强型高压MOS管，芯片U1的型号为ZVN4525，芯片U1的1脚为MOS管第一漏极脚、5脚为MOS管第二漏极、6脚为MOS管第三漏极以及2为MOS管第四漏极，芯片U1的1脚连接有电感L1，电感L1的另一端连接熔断电阻B1，熔断电阻B1 的另一端连接5V电源，5V电源还连接有电容C1，电容C1的另一端连接交流接地端ACGND，芯片U1的栅极3脚串联电阻R2后连接交流接地端ACGND；芯片U1的源极4脚连接交流接地端ACGND，芯片U1的6脚连接有连接有电容C2，电容C2的另一端串联电阻R1后连接交流接地端ACGND；芯片U1的6脚作为高压发生电路输出端；MOS管第一漏极脚、MOS管第二漏极脚、MOS管第三漏极脚和MOS管第四漏极脚连通；

滤波电路包括电容C3、电容C3的一端连接有电容电容C4和电阻R3，电容C3和电容C4的另一端连接交流接地端ACGND，电阻R3的另一端连接有电容C5和电阻R4，电容C5 的另一端连接交流接地端ACGND；电阻R4的另一端作为高压发生单元的输出端；电容C3 作为滤波电路的输入端；

滤波电路与高压发生电路之间连接有开关二极管D1，开关二极管D1的阳极连接芯片 U1的6脚；二极管D1阴极连接滤波电路的输入端，二极管D1阴极作为电压检测端。

芯片U1为高压MOS管，其特点有着导通电阻小，导通时间快，高电压等特点。

电感L1用于功率屏蔽电感，其特点是电流不能突变用于储能；

电容C2和电阻R1产生升压储能作用；

电容C3和电容C4为储能电容；

电阻R3和R4以及电容C5用于滤除开关电源纹波；

电阻R2下拉电阻，用于稳定输入电流信号；

进一步的，高压检查电路包括芯片U2，芯片U2选用LMV321，芯片U2的正输入脚1 脚连接有电阻R5、电阻R6和电容C7，电阻R5的另一端作为高压检查电路的输入端，电阻R6和电容C7的另一端接地，芯片U2的负向输入端3脚与芯片U2的放大信号输出脚4 脚连接并作为高压检查电路的输出端。芯片U2为电压跟随器，用于增强电流驱动；电阻 R5和R6用于分压电阻，将输出的高压降低到3.3V以内；电容C7和C8用于滤除电源上的杂波。

进一步的，温度检测电路包括传感器U3。传感器U3为高精度温度传感器，型号为MCP9700电压温度传感器，3脚为温度模拟信号输出，4脚为电源VCC，2脚为电源地；传感器U3有着低功耗，高精度，宽温度范围的特点。

进一步的，I/V转换电路包括芯片IC1，芯片IC1的输入端2脚连接S1，芯片IC1的电源端1脚连接有电感B0和电容CU2，芯片IC1的接地端8脚和5脚接地，芯片IC1的第一输出端7脚连接有电感L3，芯片IC1的第二输出端6脚连接有电感L2，电感L3和电感 L2的另一端串联有电容RX，电容RX的两端作为I/V转换电路的输出端。进一步的，增益放大电路选用芯片IC2的型号为AD8330。选用AD8330作为信号增益放大器，AD8330电路具有150M的超高带宽增益，其输入输出都采用差分的方式，更能滤除电路***上寄生杂波。芯片IC1为前置放大器MAX3665，1脚为电源VCC，2脚为电流信号输出端，6脚和7 脚分别为差分信号输出端。其中电感B0和电容CU1组合电源滤波电路，滤除电源带来的纹波干扰；电感L3、L2和电容RX组合成LC滤波网络，将IC1输出的差分电压信号进行LC滤波，以便更好的获取有用信号。

I/V转换电路将APD单元输出的电流信号转换成电压信号，并放大，差分输出；

来自AD8330的输出信号经过延时电路，将信号精确到ps级别，高精度延时，与此同时来自AD8330的输出信号经过信号衰减电路，将其信号适当进行衰减，最后与延时电路进行信号比较整形输出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，包括主控制器，主控制器连接有高压发生单元、高压检测电路、温度检测电路、数字滤波电路和时差测量电路，高压发生单元的输出端连接APD单元，APD单元的输出端依次连接有I/V转换电路、增益放大电路和恒比定时电路；恒比定时电路的输出端连接数字滤波电路；数字滤波电路连接时差测量电路，高压发生单元连接高压发生电路；

所述温度检测电路：将APD单元的工作环境温度实时传输给主控制器；

所述APD单元：用于检测被投射物体上的反射激光信号并将光信号转换成电流信号输出；

所述I/V转换电路：将APD单元输出的电流信号转换成电压信号；

所述增益放大电路：用于将电压信号进行电压放大；

所述恒比定时电路：将放大后的信号进行比较比值恒定与整形。

2.如权利要求1所述的脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，高压发生单元包括高压发生电路和滤波电路；高压发生电路包括芯片U1，芯片U1为N沟道增强型高压MOS管，芯片U1的型号为ZVN4525，芯片U1的1脚为MOS管第一漏极脚、5脚为MOS管第二漏极、6脚为MOS管第三漏极以及2为MOS管第四漏极，芯片U1的1脚连接有电感L1，电感L1的另一端连接熔断电阻B1，熔断电阻B1的另一端连接5V电源，5V电源还连接有电容C1，电容C1的另一端连接交流接地端ACGND，芯片U1的栅极3脚串联电阻R2后连接交流接地端ACGND；芯片U1的源极4脚连接交流接地端ACGND，芯片U1的6脚连接有连接有电容C2，电容C2的另一端串联电阻R1后连接交流接地端ACGND；芯片U1的6脚作为高压发生电路输出端；MOS管第一漏极脚、MOS管第二漏极脚、MOS管第三漏极脚和MOS管第四漏极脚连通；

滤波电路包括电容C3、电容C3的一端连接有电容C4和电阻R3，电容C3和电容C4的另一端连接交流接地端ACGND，电阻R3的另一端连接有电容C5和电阻R4，电容C5的另一端连接交流接地端ACGND；电阻R4的另一端作为高压发生单元的输出端；电容C3作为滤波电路的输入端；

滤波电路与高压发生电路之间连接有开关二极管D1，开关二极管D1的阳极连接芯片U1的6脚；二极管D1阴极连接滤波电路的输入端，二极管D1阴极作为电压检测端。

3.如权利要求1所述的脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，高压检查电路包括芯片U2，芯片U2选用LMV321，芯片U2的正输入脚1脚连接有电阻R5、电阻R6和电容C7，电阻R5的另一端作为高压检查电路的输入端，电阻R6和电容C7的另一端接地，芯片U2的负向输入端3脚与芯片U2的放大信号输出脚4脚连接并作为高压检查电路的输出端。

4.如权利要求1所述的脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，温度检测电路包括传感器U3，型号为MCP9700。

5.如权利要求1所述的脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，I/V转换电路包括芯片IC1，芯片IC1型号为MAX3665，芯片IC1的电源端1脚连接有电感B0和电容CU2，芯片IC1的接地端8脚和5脚接地，芯片IC1的第一输出端7脚连接有电感L3，芯片IC1的第二输出端6脚连接有电感L2，电感L3和电感L2的另一端串联有电容RX，电容RX的两端作为I/V转换电路的输出端；

芯片IC1的输入端2脚连接APD单元，APD单元包括S1，S1为APD管或者PIN管，S1的2脚为S1的光电信号输出端，S1的基准高压输入端1脚串联电阻RS后作为输入端；S1的基准高压输入端1脚还连接有电容CU1。

6.如权利要求1所述的脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，增益放大电路包括芯片IC2，IC2的型号为AD8330。

7.如权利要求1所述的脉冲式激光测距接收电路，其特征在于，恒比定时电路包括延迟电路，信号衰减电路和信号整形电路；延迟电路和信号衰减电路的输出端连接信号整形电路，信号整形电路的输出端作为恒比定时电路的输出端；延迟电路和信号衰减电路的输入端作为恒比定时电路的输入端。