CN209280923U - 一种用于激光雷达的接收端电路、接收装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光雷达领域，提出了一种用于激光雷达的接收端电路、接收装置及激光雷达。所述用于激光雷达的接收端电路包括光电探测模块和信号处理集成电路，所述信号处理集成电路上具有温度检测模块、数模转换器和控制模块，其中温度检测模块能够获得环境温度，控制模块根据环境温度，发送信号给数模转换器，数模转换器输出偏压，控制光电探测模块两端的电压。所述接收端电路能够在不同的环境温度下，调节光电探测模块两端的电压提高雷达检测的精确度。

Description

一种用于激光雷达的接收端电路、接收装置及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，尤其涉及一种用于激光雷达的接收端电路、接收装置及激光雷达。

背景技术

随着人工智能技术的快速发展，自动驾驶、人脸识别、3D拍照等应用场景逐渐成熟。而激光雷达作为一个重要的立体成像感应接口，可以说是这些应用方向得以发展的基本条件。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束), 然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较, 作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

激光雷达工作时受到气温和大气的影响较大，为了保证各类***的鲁棒性和可靠性，需要激光雷达能够抵消外界带来的影响，最终在不同的外界条件下，不同的个体之间保证对于相同物体检测的精准性。

激光雷达中的光电转换***能接收光信号，并将光信号转换为电信号，因此光电转换***对激光雷达的精确度有一定影响。

而目前主流的检测端技术方案中，光电转换***(包括光电探测器等) 会受到器件的个体差异、环境温度变化等影响。会导致在检测物体距离时，产生偏差，从而影响到了激光雷达的精准度。如何提高激光雷达检测的精准度，实现检测精度高度一致性，并对环境温度免疫，一直都是业界关注的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是激光雷达检测的精准度的问题。为了解决上述问题，本实用新型提出了一种用于激光雷达的接收端电路、接收装置及激光雷达，本实用新型具体是以如下技术方案实现的：

本实用新型的第一个方面提出了一种用于激光雷达的接收端电路，所述接收端电路包括：光电探测模块和信号处理集成电路，所述信号处理集成电路包括温度检测模块、跨阻放大模块、数模转换模块和控制模块；

所述光电探测模块，包括至少一个光电探测器，所述光电探测器可以为光电雪崩二极管，用于探测接收到的光信号，并将所述光信号转换成电流信号输出至跨阻放大模块；

所述温度检测模块，用于检测所述光电探测模块的工作环境温度，并将所述工作环境温度转换成温度信号输出至控制模块；

所述跨阻放大模块，包括至少一个跨阻放大单元，用于接收来自所述光电探测模块输出的电流信号转换成电压信号；

所述数模转换模块，包括至少一个数模转换器，用于接收控制模块输出的所述控制信号以调节所述光电探测模块两端的电压；

所述控制模块，包括至少一个控制电路，所述至少一个控制电路基于所述温度检测模块输出的所述温度信号生成至少一个控制信号。

具体地，所述电路包括至少一个光电探测器和至少一个信号处理电路，所述信号处理电路包括数模转换电路、温度检测电路、跨阻放大电路和控制模块；

所述数模转换电路、温度检测电路和跨阻放大电路均和控制模块连接，所述光电探测器的一端连接电源电压，所述光电探测器的另一端与数模转换电路及跨阻放大电路均连接。

所述数模转换电路包括至少一个数模转换器，所述数模转换电路用于将数字信号转换为模拟信号，接收控制模块的控制，输出偏压来调整光电探测器两端的电压。

所述温度检测电路包括至少一个温度检测模块，所述温度检测电路用于对环境温度进行检测，并将温度信号上送到控制模块，所述控制电路能够根据温度信号获得相应的控制信号，对数模转换电路进行控制，所述控制模块在获得温度信号后计算此时进行电流检测时，光电探测器两端所需要的电压，并计算数模转换电路因此需要输出的偏压值。

所述跨阻放大电路包括至少一个跨阻放大器，所述跨阻放大电路用于将光电探测器转换后形成的电流脉冲信号转换为电压信号。所述控制模块还用于将跨阻放大电路输入的电压信号进行处理，形成带有被检测物体距离信息的数据码流。

进一步地，所述控制电路、温度检测模块、跨阻放大电路和数模转换电路集成在同一块集成电路板上。所述控制模块能够获得温度信息，获得跨阻放大电路的电压信息并控制数模转换器偏压的输出，所述控制模块可以是集成了上述功能的集成模块，根据温度信息调整数模转换器偏压的输出，从而获得与目标值吻合的电压信息。

进一步地，所述用于激光雷达的接收端电路还包括第一电阻，所述第一电阻连接在光电探测器和数模转换器之间。

所述接收端电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接在光电探测器和第一电阻之间，所述第一电容的另一端连接跨阻放大单元。

所述第一电阻为隔离电阻，所述第一电阻能够防止光电探测器产生的电流流经数模转换器，保证光电探测器产生的电流全部经过第一电容流入跨阻放大单元。所述第一电容为输入隔直电容，在光电探测器产生的电流流经第一电容时，隔离直流，使得交流电流输入到跨阻放大单元中。

进一步地，所述光电探测器的阴极连接正向电源电压，所述光电探测器的阳极连接第一电阻，所述第一电阻连接数模转换器。

可替换地，所述光电探测器的阳极连接负向电源电压，所述光电探测器的阴极连接第一电阻，所述第一电阻连接数模转换器。

进一步地，所述控制模块包括第一输出端，所述第一输出端连接数模转换器。

进一步地，所述控制模块包括第一控制信息输入端和第二控制信息输入端，所述控制模块第一控制信息输入端连接温度检测模块，所述控制模块第二控制信息输入端连接跨阻放大单元。

进一步地，所述跨阻放大单元还包括第二电容、第二电阻和运算放大器，所述第二电阻连接在运算放大器的两端，所述第二电容与第二电阻并联。

本实用新型的第二个方面提出了一种接收装置，所述接收装置包括所述的一种用于激光雷达的接收端电路。所述接收端电路具有温度检测模块，温度检测模块获得环境温度信息后发送到控制模块，控制模块根据环境温度判断当前环境温度是否会对接收端电路上的电流产生影响，并进行调节，使得接收端电路上的电流与预期值相符。

本实用新型的第三个方面提出了一种激光雷达，所述激光雷达包括所述用于激光雷达的接收端电路的一种接收装置。所述接收装置包括上述所述的一种用于激光雷达的接收端电路。所述接收端电路具有温度检测模块，温度检测模块获得环境温度信息后发送到控制模块，控制模块根据环境温度判断当前环境温度是否会对接收端电路产生影响，并进行调节，使得接收端电路上的电流与预期值相符。

采用上述技术方案，本实用新型所述的一种用于激光雷达的接收端电路、接收装置及激光雷达，具有如下有益效果：

1)本实用新型所述的一种用于激光雷达的接收端电路具有温度检测模块，所述温度检测模块用于采集环境温度信息，并通过数模转换器输出偏压来调整光电探测器两端电平，以适应不同批次，不同环境温度下的检测。在初始校准完光电探测器后，以室温27度为基准点，当环境温度变化时，控制单元控制数模转换器，改变偏压，进而抵消温度变化的影响，保证了不同温度条件下，电流检测的稳定；

2)针对不同APD个体的电流增益偏差，加入初始校准环节。对于不同的APD都发射相同的光能量信号，并设定中心控制单元最终输出的目标值。当APD个体增益特性出现偏差时，中心控制单元控制DAC改变偏压VBIAS。从而使得APD两端偏压跟着变化，直到最终得到的数据和目标值吻合为止。也可以根据需要对高压端电压进行调节；

3)本实用新型所述的一种用于激光雷达的接收端电路还就有隔离电阻和输入隔直电容，所述隔离电阻能够实现光电探测器的电流的隔离，使得光电探测器产生的电流都流向输入隔直电容，使得电流的流向固定，避免电流流经模数转换器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种用于激光雷达的接收端电路的正高压控制的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种用于激光雷达的接收端电路的负高压控制的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的一种用于激光雷达的接收端电路的温度检测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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实用新型中的具体含义。

实施例1：

本实用新型实施例中提供了一种用于激光雷达的接收端电路，所述接收端电路包括：光电探测模块和信号处理集成电路，所述信号处理集成电路包括温度检测模块、跨阻放大模块、数模转换模块和控制模块；

所述光电探测模块，包括至少一个光电探测器，所述光电探测器为雪崩光电二极管，可以用于探测接收到的光信号，并将所述光信号转换成电流信号输出至跨阻放大模块；

所述温度检测模块，用于检测所述光电探测模块的工作环境温度，并将所述工作环境温度转换成温度信号输出至控制模块，所述温度检测模块可以是由热敏电阻构成的电路，也可以是由温度传感器构成的电路，或者是集成的温度检测器等集成电路器件；

所述跨阻放大模块，包括至少一个跨阻放大单元，用于接收来自所述光电探测模块输出的电流信号转换成电压信号；

所述数模转换模块，包括至少一个数模转换器，用于接收控制模块输出的所述控制信号以调节所述光电探测模块两端的电压；

所述控制模块，包括至少一个控制电路，所述至少一个控制电路基于所述温度检测模块输出的所述温度信号生成至少一个控制信号。

具体地，所述电路包括至少一个光电探测器和至少一个信号处理电路，所述信号处理电路包括数模转换电路、温度检测电路、跨阻放大电路和控制模块；

所述数模转换电路、温度检测电路和跨阻放大电路均和控制模块连接，所述光电探测器连接电源电压，所述光电探测器的另一端与数模转换电路及跨阻放大电路均连接。

所述数模转换电路包括至少一个数模转换器，所述数模转换电路用于将数字信号转换为模拟信号，接收控制模块的控制，输出偏压来调整光电探测器两端的电压。

所述温度检测电路包括至少一个温度检测模块，所述温度检测电路用于对环境温度进行检测，并将温度信号上送到控制模块，所述控制电路能够根据温度信号获得相应的控制信号，对数模转换电路进行控制，所述控制模块在获得温度信号后计算此时进行电流检测时，光电探测器两端所需要的电压，并计算数模转换电路因此需要输出的偏压值。

所述跨阻放大电路包括至少一个跨阻放大器，所述跨阻放大电路用于将光电探测器转换后形成的电流脉冲信号转换为电压信号。所述控制模块还用于将跨阻放大电路输入的电压信号进行处理，形成带有被检测物体距离信息的数据码流。

进一步地，所述光电探测器位于一块集成电路板上，所述控制模块、温度检测模块、跨阻放大电路和数模转换电路集成在另一块集成电路板上。所述控制模块能够从温度检测模块获得温度信息，并且能够获得跨阻放大电路的电压信息并控制数模转换器偏压的输出，所述控制模块可以是集成了上述功能的集成模块，根据温度信息调整数模转换器偏压的输出，从而获得与目标值吻合的电压信息。

可替换地，所述光电探测器、控制模块、温度检测模块、跨阻放大模块和数模转换模块可以相互组合，并集成在不同的电路板上，所述光电探测器可以单独位于一块电路板上，也可以与其他模块集成。所述控制模块可以单独位于一块电路板上，也可以与其他模块集成。所述温度检测模块可以单独位于一块电路板上，也可以与其他模块集成。所述跨阻放大模块可以单独位于一块电路板上，也可以与其他模块集成。所述数模转换模块可以单独位于一块电路板上，也可以与其他模块集成。上述所有的模块也可以集成在同一块电路板上。

具体地，所述光电探测器可以为雪崩光电二极管，在一个用于激光雷达的接收端电路中，所述接收端电路包括：雪崩光电二极管、数模转换电路、控制器、温度检测电路和跨阻放大电路；

进一步地，所述接收端电路还包括第一电阻，所述第一电阻连接在光电探测器和数模转换器之间。所述接收端电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接在光电探测器和第一电阻之间，所述第一电容的另一端连接跨阻放大单元。所述第一电阻为隔离电阻，所述第一电阻能够防止光电探测器产生的电流流经数模转换器，保证光电探测器产生的电流全部经过第一电容流入跨阻放大单元。所述第一电容为输入隔直电容，在光电探测器产生的电流流经第一电容时，隔离直流，使得交流电流输入到跨阻放大单元中。

如图1所示，当所述用于接收端电路为正高压接收电路时，所述光电探测器的阴极连接正向电源电压，所述光电探测器的阳极连接第一电阻，所述第一电阻连接数模转换器。

如图2所示，当所述用于接收端电路为负高压控制电路时，所述光电探测器的阳极连接负向电源电压，所述光电探测器的阴极连接第一电阻，所述第一电阻连接数模转换器。

进一步地，所述温度检测模块基本电路如图3所示。所述温度检测模块包括运算放大器、MOS管、半导体三极管、电阻和模数转换器。所述半导体三极管包括第一半导体三极管Q1和第二半导体三极管Q2。所述MOS管包括第一MOS管Q3、第二MOS管Q4和第三MOS管Q5。第一MOS管Q3、第二 MOS管Q4和第三MOS管Q5并联。所述第二MOS管Q4栅极和第一MOS管Q3 栅极连接运算放大器的输出端，所述运算放大器具有第一输入端和第二输入端，所述运算放大器的第一输入端连接第二MOS管Q4的漏极，所述运算放大器的第二输入端连接第一MOS管Q3的漏极。

所述运算放大器第一输入端连接第一半导体三极管Q1发射极，所述运算放大器第二输入端连接第二半导体三极管Q2发射极，所述第一半导体三极管Q1集电极和第二半导体三极管Q2集电极接地。所述运算放大器第一输入端和第一半导体三极管Q1发射极之间具有电阻R1。所述第三MOS管 Q5栅极与运算放大器的输出端连接，所述第三MOS管Q5源极连接模数转换器，所述模数转换器连接控制模块。所述第三MOS管Q5源极和模数转换器均连接电阻R2，第三MOS管Q5与R2串联，模数转换器与R2并联，所述R2 接地。

通过运算放大器，对X、Y两处的电压进行钳位，使得Vx＝Vy。Q3、Q4、 Q5都是P型MOS管，并且具有相同的宽长比，Q5用于电流镜像，也就是保持和Q3电流值相同。可以得到Z点的电压Vz＝K*T*l nN*R2/R1，其中K是常数，N是常数，T是绝对温度。所以，Vz便是可以反映温度变化的电压。再通过模数转换电路，把Z点的电压信号转换成数据码流输入到控制模块。从而，控制模块便可以很精确的进行温度的实时监测。所述温度检测模块测温的原理是基于三极管的温度效应。

进一步地，所述控制模块包括第一输出端，所述第一输出端连接数模转换器。所述控制模块包括第一控制信息输入端和第二控制信息输入端，所述控制模块第一控制信息输入端连接温度检测模块，所述控制模块第二控制信息输入端连接跨阻放大单元。所述跨阻放大单元还包括第二电容、第二电阻和运算放大器，所述第二电阻连接在运算放大器的两端，所述第二电容与第二电阻并联。

具体地，针对不同雪崩光电二极管个体的电流增益偏差，加入初始校准环节。在进行初始校准时，对于不同的雪崩光电二极管都发射相同的光能量信号，并设定控制模块最终输出的目标值。光能量信号通过雪崩光电二极管转换为电流信号，所述电流信号经过第一电容进入跨阻放大模块，在跨阻放大模块进行放大处理后，转换为电压信号输入到控制模块，控制模块根据预设的目标值，对本次获得的数据进行判断。当雪崩光电二极管个体增益特性出现偏差时，控制模块输出指令，控制数模转换器，改变数模转换器输出的偏压，从而使得雪崩光电二极管两端偏压跟着变化，直到最终得到的数据和目标值吻合为止。所述接收端电路也可以根据需要对高压端电压进行调节。

针对环境温度变化的情况，以室温27度为基准点，在外界环境温度变化时，针对环境温度变化的情况，温度检测模块获得外界的温度信息，发送到控制模块，控制模块获得外界环境的温度信息。此外，控制模块还能够正常获得经过雪崩二极管和跨阻放大模块获得的电压信号。光能量信号通过雪崩光电二极管转换为电流信号，所述电流信号经过第一电容进入跨阻放大模块，在跨阻放大模块进行放大处理后，转换为电压信号输入到控制模块。控制模块对本次获得的电压信号和温度信息进行判断，判断在当前的环境温度下，是否会影响到光电雪崩二极管精确度和稳定度。当环境温度判断对光电雪崩二极管产生影响时，控制模块控制数模转换器，改变数模转换器输出的偏压，使得雪崩光电二极管两端偏压跟着变化，直到获得预期的数值，判断温度变化的影响已经被抵消为止。所述接收端电路避免了外界环境温度变化而形成的电流漂移的问题。

本实施例提出的一种用于激光雷达的接收端电路，所述接收端电路具有温度检测模块，能够对环境温度进行检测。所述接收端电路的控制模块能够根据环境温度信息，控制光电探测器两端的电压，抵消温度变化对接收端电路造成的影响。

实施例2：

本实用新型一个可行的实施例中提供了一种接收装置，所述接收装置包括所述用于激光雷达的接收端电路，所述接收端电路具有温度检测模块，能够实时获得环境温度信息。所述接收端电路具有温度检测模块，温度检测模块获得环境温度信息后发送到控制模块，控制模块根据环境温度判断当前环境温度是否会对接收端电路上的电流产生影响，并控制数模转换器改变偏压，抵消环境温度带来的影响，使得接收端电路上的电流与预期值相符。保证了不同温度条件下，电流检测的稳定。

实施例3：

本实用新型另一个可行的实施例中提供了一种激光雷达。所述激光雷达包括上述接收装置及接收端电路。所述接收端电路具有温度检测模块，温度检测模块获得环境温度信息后发送到控制模块，控制模块根据环境温度判断当前环境温度是否会对接收端电路上的电流产生影响，并控制数模转换器改变偏压，抵消环境温度带来的影响，使得接收端电路上的电流与预期值相符。保证了不同温度条件下，电流检测的稳定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述接收端电路包括：光电探测模块和信号处理集成电路，所述信号处理集成电路包括温度检测模块、跨阻放大模块、数模转换模块和控制模块；

所述光电探测模块，包括至少一个光电探测器，用于探测接收到的光信号，并将所述光信号转换成电流信号输出至跨阻放大模块；

所述温度检测模块，用于检测所述光电探测模块的工作环境温度，并将所述工作环境温度转换成温度信号输出至控制模块；

所述跨阻放大模块，包括至少一个跨阻放大单元，用于接收来自所述光电探测模块输出的电流信号转换成电压信号；

所述数模转换模块，包括至少一个数模转换器，用于接收控制模块输出的控制信号以调节所述光电探测模块两端的电压；

所述控制模块，包括至少一个控制电路，所述至少一个控制电路基于所述温度检测模块输出的所述温度信号生成至少一个控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述接收端电路还包括第一电阻，所述第一电阻连接在光电探测器和数模转换器之间。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述接收端电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接在光电探测器和第一电阻之间，所述第一电容的另一端连接跨阻放大单元。

4.根据权利要求2所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述光电探测器的阴极连接正向电源电压，所述光电探测器的阳极连接第一电阻，所述第一电阻连接数模转换器。

5.根据权利要求2所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述光电探测器的阳极连接负向电源电压，所述光电探测器的阴极连接第一电阻，所述第一电阻连接数模转换器。

6.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述控制模块包括第一输出端，所述第一输出端连接数模转换器。

7.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述控制模块包括第一控制信息输入端和第二控制信息输入端，所述控制模块第一控制信息输入端连接温度检测模块，所述控制模块第二控制信息输入端连接跨阻放大单元。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光雷达的接收端电路，其特征在于，所述跨阻放大单元还包括第二电容、第二电阻和运算放大器，所述第二电阻连接在运算放大器的两端，所述第二电容与第二电阻并联。

9.一种接收装置，其特征在于，所述接收装置包括权利要求1到8任意一项所述的一种用于激光雷达的接收端电路。

10.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括权利要求9所述的接收装置。