CN220983503U - 激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种激光雷达，包括：光源，配置为发射光信号；光通信接收单元，配置为接收所述光信号，将所述光信号转换为初始电信号，并将所述初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，以及根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号，所述数字信号用于表征所述光信号所携带的信息。采用上述技术方案，能够提高光通信接收链路中数字信号生成的稳定性，进而提高激光雷达的工作性能。
Description
技术领域
本公开涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达。
背景技术
随着自动驾驶技术的兴起，激光雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)作为重要的环境感知部件越来越受到重视。
激光雷达的工作原理是：激光雷达向周围环境发射探测光，并采集外界目标(如车辆、行人、建筑物等)反射回来的回波光，得到回波信号，基于探测光信号和回波信号进行数据处理后，可以获得目标的相关信息，例如目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现目标探测。
一些激光雷达采用无线光通信技术，以实现激光雷达上仓板和下仓板间数据的传输。因此如何提供技术方案，以提高光通信接收链路中数字信号生成的稳定性，成为亟待解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本公开提供一种激光雷达，能够提高光通信接收链路中数字信号生成的稳定性，进而提高激光雷达的工作性能。
本公开提供一种激光雷达，包括：
光源，配置为发射光信号；
光通信接收单元，配置为接收所述光信号，将所述光信号转换为初始电信号，并将所述初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，以及根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号，所述数字信号用于表征所述光信号所携带的信息。
可选地，所述光通信接收单元包括：
探测模块，配置为探测所述光信号，并将所述光信号转换为所述初始电信号；
差分模块，配置为将所述初始电信号转换为所述第一差分信号和所述第二差分信号；
数字信号生成模块，配置为根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号。
可选地，所述差分模块的差分变换比例可调，所述差分变换比例用于表征所述初始电信号的放大倍数。
可选地，差分模块包括：至少一个平衡-不平衡变换器，任一平衡-不平衡变换器包括相互耦合的第一线圈和第二线圈，其中，所述第一线圈与所述探测模块耦接；所述第二线圈与所述数字信号生成模块耦接。
可选地，所述差分模块的差分变换比例根据所述平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值确定。
可选地，所述至少一个平衡-不平衡变换器为多个平衡-不平衡变换器，且各平衡-不平衡变换器的变换比例不同，所述变换比例为平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值之比。
可选地，所述差分模块还包括多个选通通道，一个选通通道对应一个平衡-不平衡变换器，且选通通道耦接于对应的平衡-不平衡变换器和探测模块之间；所述选通通道配置为在被选通时，导通对应的平衡-不平衡变换器与探测模块之间的通路；其中，处于导通状态的平衡-不平衡变换器的变换比例为所述差分模块的当前差分变换比例。
可选地，所述数字信号生成模块包括增益子模块和比较子模块，其中：
所述增益子模块，分别与所述差分模块、所述比较子模块和电源耦接，配置为对所述第一差分信号和所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号和所述第二差分信号的类型，得到第一差分电压和第二差分电压；
所述比较子模块，配置为根据所述第一差分电压和所述第二差分电压，输出相应的数字信号。
可选地，所述增益子模块包括第一增益器件和第二增益器件，其中：
所述第一增益器件，与所述差分模块、所述比较子模块的第一输入端和所述电源分别耦接，配置为对所述第一差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号的类型，得到所述第一差分电压；
所述第二增益器件，与所述差分模块、所述比较子模块的第二输入端和所述电源分别耦接，配置为对所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第二差分信号的类型，得到所述第二差分电压。
可选地，所述第一增益器件包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端、所述比较子模块的第一输入端和所述差分模块的第一输出端分别耦接；所述第二电阻的第二端与所述电源耦接；
所述第二增益器件包括：第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述电源耦接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端、所述比较子模块的第二输入端和所述差分模块的第二输出端分别耦接；所述第四电阻的第二端接地。
可选地，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻以及所述第四电阻中存在至少两个电阻的阻值不同。
可选地，所述第一电阻的阻值与所述第三电阻的阻值相同，所述第二电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相同。
可选地，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻中至少一个电阻的阻值可调。
可选地，所述比较子模块，配置为在所述第一差分电压大于所述第二差分电压时，输出第一数字信号；在所述第一差分电压小于所述第二差分电压时，输出第二数字信号。
可选地，所述探测模块包括光电探测器。
可选地，所述光通信接收单元还包括：直流源模块，与所述探测模块耦接，配置为向所述探测模块提供直流偏置电压。
可选地，所述光通信接收单元还包括：第一滤波模块，分别与所述直流源模块、所述探测模块，以及所述差分模块耦接，配置为滤除所述直流偏置电压中的噪声。
可选地，所述光通信接收单元还包括：第二滤波模块，设置于所述差分模块和所述数字信号生成模块之间，配置为滤除所述第一差分信号和所述第二差分信号中的噪声。
可选地，所述第二滤波模块包括共模电感。
可选地，所述激光雷达还包括：数据处理单元，与所述光通信接收单元耦接，配置为对所述数字信号进行处理，以得到所述光信号中携带的信息。
本公开提供的激光雷达可以包括光源和光通信接收单元，其中，所述光通信接收单元可以接收所述光源发射的光信号，并将所述光信号转换为初始电信号，进而所述光通信接收单元可以将所述初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，基于所述第一差分信号和所述第二差分信号，能够生成与所述光信号对应的数字信号，由于所述数字信号可以用于表征所述光信号所携带的信息，因此能够获取所探测的目标参数信息。采用上述激光雷达，由于第一差分信号和第二差分信号的抗干扰性能强，因此采用差分信号的传输方式，能够降低干扰，因而提高光通信接收链路中数字信号生成的稳定性，进而提高激光雷达的工作性能。
进一步地，由于差分模块的差分变换比例可调，且所述差分变换比例可以用于表征初始电信号的放大倍数，因此通过调节所述差分模块的差分变换比例，能够控制所述初始电信号的放大倍数，得到具有不同幅值的差分信号，使得光通信接收单元能够适用不同的场景。
进一步地，差分模块可以包括至少一个平衡-不平衡变换器，任一平衡-不平衡变换器可以包括相互耦合的第一线圈和第二线圈，其中，所述第一线圈与所述探测模块耦接；所述第二线圈与所述数字信号生成模块耦接。通过采用至少一个平衡-不平衡变换器，能够得到具有平衡状态的第一差分信号和第二差分信号，从而可以提高所述第一差分信号和所述第二差分信号的抗干扰性能，进一步提高数字信号生成的稳定性，进而提高通信质量。
进一步地，数字信号生成模块可以包括增益子模块和比较子模块，其中：所述增益子模块可以对所述第一差分信号和所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号和所述第二差分信号的类型，得到所述第一差分电压和所述第二差分电压，进而比较子模块可以根据所述第一差分电压和所述第二差分电压，输出相应的数字信号。通过对第一差分信号和所述第二差分信号进行放大处理，能够提高数字信号的增益，并且通过转换所述第一差分信号和所述第二差分信号的类型，能够使其与比较子模块相适配，得到与光信号相对应的数字信号。
进一步地，光通信接收单元还可以包括第一滤波模块，可以滤除所述直流偏置电压中的噪声，进一步提高数字信号生成的稳定性。
进一步地，光通信接收单元还可以包括第二滤波模块，可以滤除所述第一差分信号和第二差分信号中的噪声，进一步提高数字信号生成的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开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，下面所描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，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为本公开实施例中一种激光雷达的结构示意图；
图2为本公开实施例中一种光通信接收单元的结构示意图；
图3为本公开实施例中另一种光通信接收单元的结构示意图；
图4为本公开实施例中一种数字信号生成模块的结构示意图；
图5为本公开实施例中一种光通信接收单元中相应监测点的波形图；
图6为本公开实施例中又一种光通信接收单元的结构示意图；
图7为本公开实施例中一具体应用场景中光通信接收单元的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，激光雷达采用无线光通信时，需要保证号传输的稳定性和可靠性。
为解决上述技术问题，本公开提供一种激光雷达，能够将光源发射的光信号转换为初始电信号，并将所述初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，由于第一差分信号和第二差分信号的抗干扰性能强，因此采用差分信号的传输方式，能够降低干扰，因而能够提高光通信接收链路中数字信号生成的稳定性，进而提高激光雷达的工作性能。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本公开，以下对本公开的构思、方案、原理及优点等结合附图，并通过具体应用示例进行详细描述。
本公开提供一种激光雷达，如图1所示的本公开中一种激光雷达的结构示意图，在一些实施例中，激光雷达100可以包括：光源110和光通信接收单元120，其中：
所述光源110，配置为发射光信号；
光通信接收单元120，配置为接收所述光信号，将所述光信号转换为初始电信号，并将所述初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，以及根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号，所述数字信号用于表征所述光信号所携带的信息。
在具体实施中，当光源110发射光信号时，光通信接收单元120可以将接收到的所述光信号转换为初始电信号，并对所述初始电信号进行差分处理，得到与所述初始电信号对应的第一差分信号和第二差分信号，由于所述第一差分信号和所述第二差分信号的抗干扰性能强，因此采用差分信号的传输方式，能够降低干扰，进而在根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，能够降低外部环境对数字信号的影响，提高光通信接收链路中数字信号生成的稳定性，进而提高激光雷达的工作性能。
其中，差分信号是指在光通信接收链路中的两条支路上产生的幅值相同、相位相反的信号，因此本公开实施例中对初始电信号进行差分处理后，得到的是互为差分信号的两个信号，即第一差分信号和第二差分信号。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本公开实施例方案，以下对本公开实施例中激光雷达的具体实现方式给出一些具体示例。
在本公开一些实施例中，光源可以通过发光二极管LED实现，在后续示例中，均以LED示例说明。
作为可选示例，光源可以包括一个LED，也可以包括多个LED，且多个LED可以按照预设的连接关系进行配置。
在其他一些可选示例中，光源还可以通过激光二极管LD实现，本公开实施例并不限制光源的类型，只要将其应用至激光雷达时，能够发射光信号即可。
在具体实施中，可以通过光源发出明暗变化的光信号来传输信息，进而光通信接收单元可以根据明暗变化的光信号，得到与所述光信号对应的数字信号。
在本公开一些实施例中，继续参照图1，光通信接收单元120可以包括：探测模块121、差分模块122和数字信号生成模块123，其中：
所述探测模块121，配置为探测所述光信号，并将所述光信号转换为所述初始电信号；
所述差分模块122，配置为将所述初始电信号转换为所述第一差分信号和所述第二差分信号；
所述数字信号生成模块123，配置为根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号。
在可选实现中，探测模块121可以实时探测光源110发射的明暗变化的光信号，当探测到所述光信号时，探测模块121可以将探测到的光信号转换为初始电信号，差分模块122可以对所述初始电信号进行差分处理，得到对应的第一差分信号和第二差分信号，进而数字信号生成模块123可以根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成所述光信号对应的数字信号，由于所述数字信号可以用于表征所述光信号的明暗变化，进而可以表征所述光信号所携带的信息，因此后续通过对所述数字信号进行处理，能够获取光信号所携带的信息，例如激光雷达探测到的点云数据、控制信号等。
采用具有上述结构的光通信接收单元，通过将光信号转换为初始电信号，能够提高初始电信号传输过程中的抗干扰性能，降低外部环境对数字信号的影响，进一步提高数字信号生成的稳定性。
在可选实施中，探测模块包括光电探测器PD，所述光电探测器PD能够将光信号转换为电信号。
在一些其它实施例中，探测模块还可以包括其它能够感应光信号的器件，例如光电测量传感器、雪崩光电二极管等。
在具体实施中，在采用差分模块将初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号时，可以根据实际需求，得到具有不同差分变换比例的第一差分信号和第二差分信号。
作为一实现示例，本公开实施例中的差分模块的差分变换比例可调，所述差分变换比例可以用于表征所述初始电信号的放大倍数。
也即通过调节差分模块的差分变换比例，能够控制初始电信号的放大倍数，对所述初始电信号进行不同程度的放大，从而得到具有不同幅值的差分信号(包括第一差分信号和第二差分信号)，使得光通信接收单元能够适用不同的场景。
在一些实施例中，可以采用不同结构和特性的差分模块对初始电信号进行差分变换处理，以得到相应的第一差分信号和第二差分信号。
作为一可选示例，本公开实施例中的差分模块可以包括至少一个平衡-不平衡变换器(Balance-Unbalance，Balun)，任一平衡-不平衡变换器包括相互耦合的第一线圈和第二线圈，其中，所述第一线圈与所述探测模块耦接；所述第二线圈与所述数字信号生成模块耦接。
结合图1和图2所示的一种光通信接收单元的结构示意图，差分模块122可以包括平衡-不平衡变换器，其中，所述平衡-不平衡变换器可以包括相互耦接的第一线圈LP1和第二线圈LP2，其中，所述第一线圈LP1可以与探测模块121耦接，所述第二线圈LP2可以与数字信号生成模块123耦接，通过所述第一线圈LP1和所述第二线圈LP2，能够将探测模块121生成的初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，并输出至数字信号生成模块123。
在可选实施中，当差分模块为平衡-不平衡变换器时，所述差分模块的差分变换比例根据所述平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值确定。
也即可以通过调节平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和/或第二线圈的阻值，可以改变差分模块的差分变换比例，进而能够改变初始电信号的放大倍数。
继续参照图2，通过改变第一线圈LP1的阻值和/或第二线圈LP2的阻值，可以改变平衡-不平衡变换器的变换比例，并能够将平衡-不平衡变换器Balun1的变换比例作为差分模块的当前差分变换比例。
在一可选示例中，通过改变第一线圈和第二线圈的长度、厚度、材质等参数，可以改变第一线圈和第二线圈的阻值。
由前述内容可知，平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值之比可以作为差分模块的差分变换比例。因此在本公开一些实施例中，可以通过调节第一线圈和第二线圈的阻值，以使得平衡-不平衡变换器具有不同的变换比例，进而可以选择将具有不同变换比例的平衡-不平衡变换器作为差分模块。
作为一实现示例，本公开实施例中的光通信接收单元可以包括多个平衡-不平衡变换器，且各平衡-不平衡变换器的变换比例可以不同。
如图3所示的本公开实施例中另一种光通信接收单元的结构示意图，多个平衡-不平衡变换器可以为n个平衡-不平衡变换器，例如Balun11至Balun1n，其中，平衡-不平衡变换器Balun11至Balun1n的变换比例均不同。
例如，平衡-不平衡变换器Balun11至Balun1n的变换比例分别为k1、k2、…、kn，且k1、k2、…、kn均不相同，其中，n为大于1的整数，各平衡-不平衡变换器的具体结构可以参见图2及其对应的描述内容。
需要说明的是，本公开实施例并不限制平衡-不平衡变换器变换比例的具体数值，只要多个平衡-不平衡变换器的变换比例不同即可。例如，多个平衡-不平衡变换器可以存在变换比例大于1的平衡-不平衡变换器，也可以存在变换比例小于1的平衡-不平衡变换器，还可以存在变换比例等于1的平衡-不平衡变换器。
在一些实施例中，变换比例可以为平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值之比。因此通过选用具有不同阻值的第一线圈和第二线圈，即可使得各平衡-不平衡变换器具有不同的变换比例，进而通过选用不同的平衡-不平衡变换器，可使所述差分模块具有不同的差分变换比例，无需调节平衡-不平衡变换器的参数。
在具体实施中，可以将多个平衡-不平衡变换器设置在基板上，通过使用不同的平衡-不平衡变换器，即可将初始电信号放大相应倍数。
在本公开一些实施例中，可以通过多种方式将具有不同变换比例的平衡-不平衡变换器接入至探测模块和数字信号生成模块之间。
作为一可选示例，本公开实施例中的差分模块还可以包括多个选通通道，一个选通通道对应一个平衡-不平衡变换器，且选通通道耦接于对应的平衡-不平衡变换器和探测模块之间；所述选通通道配置为在被选通时，导通对应的平衡-不平衡变换器与探测模块之间的通路；其中，处于导通状态的平衡-不平衡变换器的变换比例为所述差分模块的当前差分变换比例。
继续参照图3，差分模块还可以包括与n个平衡-不平衡变换器对应的n个选通通道，例如选通通道XT1至XTn，其中，选通通道XT1耦接于平衡-不平衡变换器Balun11和探测模块121之间、选通通道XT2耦接于平衡-不平衡变换器Balun12和探测模块121之间、……、选通通道XTn耦接于平衡-不平衡变换器Balun1n和探测模块121之间。
当选通通道XT1至XTn中任意一个选通通道被选通时，被选通的选通通道所对应的平衡-不平衡变换器和探测模块间的通路被导通。例如，选通通道XT1被选通时，平衡-不平衡变换器Balun1和探测模块121间的通路被导通，此时可以将平衡-不平衡变换器Balun1的变换比例k1作为所述差分模块的当前差分变换比例，进而可以将初始电信号的放大k1倍，并将放大得到的第一差分信号和第二差分信号输出至数字信号生成模块。
在一些实施例中，可以预先配置各平衡-不平衡变换器的变换比例，进而可以根据实际需求和不同场景，通过选通相应的选通通道，以将初始电信号进行相应程度的放大。例如在数字信号强度较低的情况下，可以选择具有较大变换比例的平衡-不平衡变换器，以提高数字信号强度。
在具体实施中，可以通过多种方式选通任一选通通道。例如，根据判定条件自动选通，人工手动选通，或者通过使用与选通通道电连接的辅助设备，辅助设备可以响应于输入的选通信号，以选通其中任意一个选通通道。
也即采用非对称式的平衡-不平衡变换器，能够实现将初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号。
在具体实施中，差分信号可以是差分电流信号和差分电压信号，本公开实施例对差分信号的类型不做任何限制。
在一些示例中，差分信号可以是差分电流信号。
采用上述示例中的差分模块，能够将初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，且通过调节差分模块的差分变换比例，能够得到不同幅值的第一差分信号和第二差分信号，进而数字信号生成模块可以根据第一差分信号和第二差分信号，生成与之对应的数字信号。
在本公开一些实施例中，结合图1和图4所述的本公开实施例中一种数字信号生成模块的结构示意图，数字信号生成模块123包括增益子模块(未示出)和比较子模块1231，其中：
所述增益子模块，分别与所述差分模块122、所述比较子模块1231和电源VDD耦接，配置为对所述第一差分信号和所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号和所述第二差分信号的类型，得到第一差分电压和第二差分电压；
所述比较子模块1231，配置为根据所述第一差分电压和所述第二差分电压，输出相应的数字信号。
在可选实现中，增益子模块能够分别对第一差分信号和第二差分信号进行放大和类型转换处理，并将得到的第一差分电压输入至比较子模块的第一输入端，以及将得到的第二差分电压输入至比较子模块的第二输入端，进而根据所述第一差分电压和所述第二差分电压的相对大小关系，能够输出相应的数字信号。
在一些实施例中，比较子模块的第一输入端可以是正相输入端(+)，比较子模块的第二输入端可以是反相输入端(-)。
通过对第一差分信号和所述第二差分信号进行放大处理，能够提高数字信号的增益，并且通过转换所述第一差分信号和所述第二差分信号的类型，能够与比较子模块相适配，得到与光信号相对应的数字信号。
在本公开一些实施例中，可以通过在增益子模块设置不同的电子器件或者电路分别处理第一差分信号和第二差分信号。
作为一实现示例，继续参照图4，增益子模块可以包括第一增益器件1232和第二增益器件1233，其中：
所述第一增益器件1232，与所述差分模块122、所述比较子模块1231的第一输入端和所述电源VDD分别耦接，配置为对所述第一差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号的类型，得到所述第一差分电压；
所述第二增益器件1233，与所述差分模块122、所述比较子模块1231的第二输入端和所述电源VDD分别耦接，配置为对所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第二差分信号的类型，得到所述第二差分电压。
在可选实现中，第一增益器件1232可以对第一差分信号进行放大和类型转换处理，并将得到的第一差分电压输入至比较子模块1231的第一输入端，第二增益器件1233可以对第二差分信号进行放大和类型转换处理，并将得到的第二差分电压输入至比较子模块1231的第二输入端。
也即通过不同的增益器件分别对第一差分信号和第二差分信号进行放大和类型转换处理，能够降低所述第一差分信号和所述第二差分信号发生串扰的机率，提高信号传输过程中的抗干扰性能，且能够提高处理效率。
在本公开一些实施例中，继续参照图4，所述第一增益器件1232可以包括：第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的第一端接地，所述第一电阻R1的第二端分别与所述第二电阻R2的第一端、所述比较子模块1231的第一输入端和所述差分模块122的第一输出端耦接；所述第二电阻R2的第二端与所述电源VDD耦接。
所述第二增益器件1233包括：第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的第一端与所述电源VDD耦接，所述第三电阻R3的第二端分别与所述第四电阻R4的第一端、所述比较子模块1231的第二输入端和所述差分模块122的第二输出端耦接；所述第四电阻R4的第二端接地。
结合图4和图5，其中，图5示出0至50μs内经探测模块转换得到的初始电信号I的波形图，经第一增益器件1232转换得到的第一差分信号对应的第一差分电压信号U1的波形图，以及经第二增益器件1233转换得到的第二差分信号对应的第二差分电压信号U2的波形图。
如图5所示，在0至t2时段内，示出了一段时间内的初始电信号I的波形变化示意图，初始电信号I可以包括高电平段和低电平段，其中：
在0至t1时段内，初始电信号I处于高电平段，其对应的信号幅值为IL1。当将信号幅值为IL1的初始电信号I转换为第一差分信号和第二差分信号，并输入至增益子模块后，通过第一增益器件1232，能够得到第一差分信号对应的第一差分电压UL11；通过第二增益器件1233，能够得到第二差分信号对应的第二差分电压UL22。
在t1时刻，初始电信号I由高电平跳变至低电平。
在t1至t2时段内，初始电信号I处于低电平段，其对应的信号幅值为IL2。当将信号幅值为IL2的初始电信号I转换为第一差分信号和第二差分信号，并输入至增益子模块后，通过第一增益器件1232，能够得到第一差分信号对应的第一差分电压UL12；通过第二增益器件1233，能够得到第二差分信号对应的第二差分电压UL21。
其中，由于第一差分信号和第二差分信号互为差分信号，因此将其转换得到的电压信号为幅值相等，相位相差180°的电压差分信号，进而电压信号对应的电压互为差分电压。
接着参照图5，无论是在0至t1时段或者t1至t2时段，第一差分信号对应的第一差分电压的数值和第二差分信号对应的第二差分电压的数值均不同，因而当将第一差分信号对应的第一差分电压和第二差分信号对应的第二差分电压输入至比较子模块1231时，能够在比较子模块1231的第一输入端和第二输入端间产生差模电压，例如，差模电压可以为：UL21-UL12或者为：UL11-UL22，进而在差模电压的作用下，比较子模块1231可以生成数字信号。
需要说明的是，首先，图5只是用于说明通过增益子模块，能够将第一差分信号转换为第一差分电压，以及将第二差分信号转换为第二差分电压，图5中所示意的初始电信号、第一差分电压以及第二差分电压的幅值、脉冲宽度、脉冲数目，高低电平的跳变时刻仅为示例说明，对于不同的光通信接收场景，可以得到不同的波形示意图，本公开实施例对此不做限制；其次，图5是以初始电信号为电流信号为例进行说明的，在一些其它实施例中，初始电信号也可以为电压信号。
继续参照图4，当第一增益器件1232未获取第一差分信号时，由于第一电阻R1和第二电阻R2串联连接，且第二电阻R2与电源VDD耦接，因此比较子模块1231第一输入端的的电压值可以为：UVDD*RR1/(RR1+RR2)，其中，UVDD为电源VDD提供的电压，RR1为第一电阻R1的阻值，RR2为第二电阻R2的阻值。
当第二增益器件1233未获取到第二差分信号时，由于第三电阻R3和第四电阻R4串联连接，且第三电阻R3与电源端VDD耦接，因此比较子模块1231第一输入端的电压值可以为：UVDD*RR4/(RR3+RR4)，其中，UVDD为电源VDD提供的电压，RR3为第三电阻R3的阻值，RR4为第四电阻R4的阻值。
进而通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，能够为所述比较子模块1231的第一输入端和第二输入端提供合适的静态工作电压，例如，第一输入端(同相输入端)的静态工作电压可以是UVDD*RR1/(RR1+RR2)，第二输入端(反相输入端)的静态工作电压可以是UVDD*RR4/(RR3+RR4)。
在本公开实施例中，根据光通信接收单元的实际工作状态，可以灵活设置第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的参数。
作为一可选示例，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻以及所述第四电阻中存在至少两个电阻的阻值不同。
具体的，由于第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻以及所述第四电阻中可以存在至少两个电阻的阻值不同，经第一电阻放大和类型转换得到的第一差分电压，与经第二电阻放大和类型转换得到的第二差分电压不同，进而使得比较子模块的第一输入端和第二输入端间产生差模电压超过比较子模块自身的电压阈值。
作为一可选示例，第一电阻的阻值可以与第三电阻的阻值相同，第二电阻的阻值可以与第四电阻的阻值相同，进而能够使第一增益器件和第二增益器件具有相同的放大倍数。
作为又一可选示例，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻中至少一个电阻的阻值可调。通过调节第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻中至少一个电阻的阻值，能够调节比较子模块的第一输入端和第二输入端间产生的差模电压的幅度以及生成的数字信号的带宽，使得光通信接收单元具有更高的通信频率。
在一些实施例中，通过调节第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻中至少一个电阻的阻值，生成的数字信号的带宽可以为10Mbps～300Mbps，光通信接收单元的通信频率可以达到1MHz～1GHz。
在本公开一些实施例中，当比较子模块获取到第一差分电压和第二差分电压时，可以根据所述第一差分电压和所述第二差分电压的相对大小关系，输出相应的数字信号。
例如，比较子模块可以在所述第一差分电压大于所述第二差分电压时，输出第一数字信号，以及在所述第一差分电压小于所述第二差分电压时，输出第二数字信号。
作为一具体示例，如图5所示，示出了0至50μs内比较子模块生成的数字信号Uo的波形图。在0至t1时段内，第一差分电压U1大于第二差分电压U2，比较子模块可以输出幅值为Uo1的第一数字信号；在t1至t2时段内，第一差分电压U1小于第二差分电压U2，比较子模块可以输出幅值为Uo2的第二数字信号。
需要说明的是，图5示意的数字信号的幅值、脉冲宽度、脉冲数目，高低电平的跳变时刻仅为示例说明，对于不同的光通信接收场景，可以得到不同的波形示意图，本公开对此不做限制。
在具体实施中，根据实际应用场景和需求，可以对本公开实施例中激光雷达进行进一步扩展，以进一步提高数字信号生成的稳定性。
作为一可选示例，如图6所示的本公开实施例中又一种光通信接收单元的结构示意图，本公开实施例中的光通信接收单元120还可以包括：直流源模块124，所述直流源模块124可以与所述探测模块121耦接，配置为向所述探测模块121提供直流偏置电压。
在可选实现中，直流源模块124可以为探测模块121提供直流源电信号，进而探测模块121能够探测到光源发射的光脉冲信号，并将所述光脉冲信号转换为初始电信号。
在本公开一些实施例中，如图7所示的一具体应用场景中光通信接收单元的结构示意图，直流源模块124可以包括直流电源VCC和第五电阻R5，其中，所述第五电阻R5的第一端可以与直流电源VCC连接，所述第五电阻R5的第二端可以与探测模块121耦接。
作为另一可选示例，如图6所示，本公开实施例中的光通信接收单元120还可以包括：第一滤波模块125，所述第一滤波模块125可以分别与所述直流源模块124、所述探测模块121，以及所述差分模块122耦接，配置为滤除所述直流偏置电压中的噪声，进一步提高数字信号生成的稳定性和信噪比。
在本公开一些实施例中，如图7所示，第一滤波模块125可以包括电容C1，其中，所述电容C1的第一端可以分别与直流源模块124、探测模块121耦接，所述电容C1的第二端可以分别与差分模块122、地耦接。
需要说明是，第一滤波模块还可以是其它能够滤除噪声的元器件，例如，第一滤波模块可以包括由电容、电阻或电感中至少两个元件组成的器件，本公开实施例对此不做任何限制。
作为又一可选示例，如图6所示，本公开实施例中的光通信接收单元120还可以包括：第二滤波模块126，所述第二滤波模块126可以设置于所述差分模块122和所述数字信号生成模块123之间，配置为滤除所述第一差分信号和所述第二差分信号中的噪声，进一步提高数字信号生成的稳定性和信噪比。
在本公开一些实施例中，如图7所示，第二滤波模块126可以包括共模电感，其中，所述共模电感可以包括：第一共模线圈LA和第二共模线圈LB，其中，第一共模线圈LA、第二共模线圈LB的第一端均与差分模块122耦接，第一共模线圈LA、第二共模线圈LB的第二端均与数字信号生成模块123耦接。
并且，采用共模电感作为第二滤波模块，能够降低光通信接收单元中线路自身工作时产生的电磁干扰(EMI)信号和抑制共模噪声，能有效地降低EMI干扰强度，提高通信质量。
需要说明的是，上文描述了本公开提供的多个实施例方案，各实施例方案介绍的各可选方式可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施例方案，这些均可认为是本公开披露、公开的实施例方案。
为便于更好的理解和实施本公开提供的光通信接收单元的具体工作原理，以下结合附图，通过具体示例详细。
继续参照图7，直流源模块124可以包括直流源VCC和第五电阻R5；第一滤波模块125可以包括电容C1；探测模块121可以包括光电探测器PD；差分模块122可以包括平衡-不平衡转换器；第二滤波模块126可以包括共模电感；数字信号生成模块可以包括第一电阻R1、第二R2、第三电阻R3和第四电阻R4，以及比较器TC，其中，光通信接收单元内部的连接关系为：
第五电阻R5的第一端与直流源VCC连接，第五电阻的第二端分别与光电探测器PD的第一端、电容C1的第一端连接；电容C1的第二端分别与第一线圈LP1的第一端、地连接；光电探测器PD的第二端与第一线圈LP1的第二端。
第二线圈LP2的第一端与第一共模线圈LA的第一端连接，第二线圈LP2的第二端与第二共模线圈LB的第一端连接。
第一共模线圈LA的第二端分别与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端，以及比较器TC的第一输入端连接；第一电阻R1的第一端接地；第二电阻R2的第二端接电源VDD。
第二共模线圈LB的第二端分别与第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第一端，以及比较器TC的第二输入端连接；第三电阻R3的第一端接电源VDD；第四电阻R4的第二端接地。
光通信接收单元的工作原理为：
由直流源VCC、第五电阻R5和电容C1为光电探测器PD提供稳定的直流偏置电压，进而光电探测器PD可以将探测到的光信号转换为初始电信号。通过平衡-不平衡转换器中第一线圈LP1和第二线圈LP2的相互作用，能够将初始电信号转换为振幅相同、相位相差180°的第一差分信号和第二差分信号。
共模电感可以滤除第一差分信号和第二差分信号中的共模噪声，降低电磁干扰，进而第一电阻R1可以对第一差分信号进行放大，并将第一差分信号转换为第一差分电压，并输出至比较器TC的第一输入端；第四电阻R4可以对第二差分信号进行放大，并将第二差分信号转换为第二差分电压，并输出至比较器TC的第二输入端，比较器TC可以根据第一差分电压和第二差分电压，生成相应的数字信号，完成光通讯中光信号的接收过程。
可以理解的是，上述图7所示的结构仅为示例说明。在具体实施中，可以对上述电路进行变形或者选取。例如，差分模块122可以为图3所示的结构；又例如，将光电探测器PD替换为雪崩光电二极管等。基于此，能够得到不同的延伸方案，本公开实施例并不对这些延伸方案进行限制。
采用上述实施例所述的光通信接收单元，能够将光源发出的光信号转换为数字信号，由于数字信号可以用于表征所述光信号所携带的信息，因此通过对所述数字信号进行处理，能够获取所述光信号中携带的信息。
在本公开一些实施例中，激光雷达还可以包括数据处理单元，所述数据处理单元可以与所述光通信接收单元耦接，配置为对所述数字信号进行处理，以得到所述光信号中携带的信息。
例如，通过对数字信号进行处理，能够获取到控制信号、点云数据等。
在一些实施例中，数据处理单元可以通过中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等处理芯片实现，也可以通过特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或者是被配置成实施本公开实施例的一个或多个集成电路实现。
需要说明的是，本公开所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本公开的至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。并且在本公开的描述中，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语的特征可以明示或者隐含的包括一个或者多个该特征。而且，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或表示重要性。可以理解的是，这样使用的术语在适当情况下可以互换，以使这里描述的本公开实施例能够以在图示或描述的以外的顺序实施。
虽然本公开实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种激光雷达，其特征在于，包括：
光源，配置为发射光信号；
光通信接收单元，配置为接收所述光信号，将所述光信号转换为初始电信号，并将所述初始电信号转换为第一差分信号和第二差分信号，以及根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号，所述数字信号用于表征所述光信号所携带的信息。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光通信接收单元包括：
探测模块，配置为探测所述光信号，并将所述光信号转换为所述初始电信号；
差分模块，配置为将所述初始电信号转换为所述第一差分信号和所述第二差分信号；
数字信号生成模块，配置为根据所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成与所述光信号对应的数字信号。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述差分模块的差分变换比例可调，所述差分变换比例用于表征所述初始电信号的放大倍数。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述差分模块包括：
至少一个平衡-不平衡变换器，任一平衡-不平衡变换器包括相互耦合的第一线圈和第二线圈，其中，所述第一线圈与所述探测模块耦接；所述第二线圈与所述数字信号生成模块耦接。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述差分模块的差分变换比例根据所述平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值确定。
6.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述至少一个平衡-不平衡变换器为多个平衡-不平衡变换器，且各平衡-不平衡变换器的变换比例不同，所述变换比例为平衡-不平衡变换器中第一线圈的阻值和第二线圈的阻值之比。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述差分模块还包括多个选通通道，一个选通通道对应一个平衡-不平衡变换器，且选通通道耦接于对应的平衡-不平衡变换器和探测模块之间；所述选通通道配置为在被选通时，导通对应的平衡-不平衡变换器与探测模块之间的通路；其中，处于导通状态的平衡-不平衡变换器的变换比例为所述差分模块的当前差分变换比例。
8.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述数字信号生成模块包括增益子模块和比较子模块，其中：
所述增益子模块，分别与所述差分模块、所述比较子模块和电源耦接，配置为对所述第一差分信号和所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号和所述第二差分信号的类型，得到第一差分电压和第二差分电压；
所述比较子模块，配置为根据所述第一差分电压和所述第二差分电压，输出相应的数字信号。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述增益子模块包括第一增益器件和第二增益器件，其中：
所述第一增益器件，与所述差分模块、所述比较子模块的第一输入端和所述电源分别耦接，配置为对所述第一差分信号进行放大处理，并转换所述第一差分信号的类型，得到所述第一差分电压；
所述第二增益器件，与所述差分模块、所述比较子模块的第二输入端和所述电源分别耦接，配置为对所述第二差分信号进行放大处理，并转换所述第二差分信号的类型，得到所述第二差分电压。
10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述第一增益器件包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端、所述比较子模块的第一输入端和所述差分模块的第一输出端分别耦接；所述第二电阻的第二端与所述电源耦接；
所述第二增益器件包括：第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述电源耦接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端、所述比较子模块的第二输入端和所述差分模块的第二输出端分别耦接；所述第四电阻的第二端接地。
11.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻以及所述第四电阻中存在至少两个电阻的阻值不同。
12.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述第三电阻的阻值相同，所述第二电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相同。
13.根据权利要求10至12任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻中至少一个电阻的阻值可调。
14.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述比较子模块，配置为在所述第一差分电压大于所述第二差分电压时，输出第一数字信号；在所述第一差分电压小于所述第二差分电压时，输出第二数字信号。
15.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述探测模块包括光电探测器。
16.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述光通信接收单元还包括：
直流源模块，与所述探测模块耦接，配置为向所述探测模块提供直流偏置电压。
17.根据权利要求16所述的激光雷达，其特征在于，所述光通信接收单元还包括：
第一滤波模块，分别与所述直流源模块、所述探测模块，以及所述差分模块耦接，配置为滤除所述直流偏置电压中的噪声。
18.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述光通信接收单元还包括：
第二滤波模块，设置于所述差分模块和所述数字信号生成模块之间，配置为滤除所述第一差分信号和所述第二差分信号中的噪声。
19.根据权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，所述第二滤波模块包括共模电感。
20.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括：
数据处理单元，与所述光通信接收单元耦接，配置为对所述数字信号进行处理，以得到所述光信号中携带的信息。
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