[实用新型]一种基于TOF原理激光雷达的脉冲激光接收电路

说明书

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，更具体地，涉及一种基于脉冲飞行时间(TOF)测量原理激光雷达的脉冲激光接收电路。

背景技术

在激光雷达中，尤其在多线激光雷达中，如何应对激光接收电路输入信号的大动态范围，如何提高单点单次测量的精度，如何应对单次脉冲激光发射经不同反射面返回的多次回波信号，以及如何减小接收电路板的尺寸，减轻重量，以便于光学配准与结构安装。

不同于激光测距机，对于激光雷达，尤其是用于汽车自动驾驶、机器人定位与引导等领域的激光雷达，其需要应对的外界环境复杂且快速多变，接收到的回波激光信号动态范围很宽(1:1000，甚至更大)，对单个方位的测量点一周期内只能进行一次测量，且要求单次测量精度要高；而且对于单次脉冲激光发射，在激光脉冲传输过程中可能会经过多个反射面的反射而在接收端出现多次回波信号，期望接收系统能够尽可能区分多次回波信号，以获得更丰富的空间目标信息。这就要求接收电路的带宽要足够宽(>100MHz)，噪声要足够低，且在大动态范围输入信号条件下，依然可以保证单次测量精度，分辨多个回波信号。另外，在多线激光雷达中，由于在极为紧凑的空间结构中需要安装同等多对脉冲激光发射管与发射电路，以及同等多对脉冲激光接收管与接收电路，安装过程中需要灵活、轻便调整发射管、接收管与光学部件之间的相对位置并固定，这对发射电路与接收电路的结构性能提出了特殊要求，期望可以减小PCB板的尺寸、重量及提高稳定抗震等性能。

对脉冲激光信号的接收处理，通常会经过三个步骤。首先，通过光电转换器件如光电倍增管、光电二极管等，将激光脉冲信号转换为电流脉冲信号；然后，通过互阻抗放大电路将电流脉冲信号转换成电压脉冲信号；最后，采用电压放大电路对电压脉冲信号进一步放大处理，以及输出接口类型的转换等。通常，依照此三个处理步骤，根据应用需求选用各个处理步骤对应的合适的专用IC或采用分立元件构建电路，在激光测距中是常用的做法。

对于基于脉冲TOF原理的激光雷达，由于其所面对的外部环境复杂多变，其接收到的激光回波信号动态范围很大(1：1000或更大)，系统对单点单次测距精度和误差有较高要求(其单点测量误差需要达到±5cm，甚至更小)，且对单次脉冲激光发射经不同反射面返回的多次回波信号能够达到较高的分辨率。而在同样基于TOF原理的激光测距机中可以通过多次测量并求取平均值来提高单点测量精度，且对于单次脉冲激光发射经不同反射面返回的多次回波信号没有要求，其接收电路对于大动态范围的输入信号，尤其是较大输入信号幅度所导致的输出信号饱和与展宽等问题要求不高或者没有要求。在应对基于TOF原理激光雷达所面临的大输入信号动态范围、多次回波处理及单点单次测量精度要求高的问题上，现有技术是存在不足的。另外，在多线激光雷达中，由于结构空间有限紧凑，且要求多路发射/接收模块电路与光学系统同时精准配合，要求电路设计要综合考虑PCB尺寸、重量、成本与安装，以及电路之间所可能存在的电磁兼容性问题等。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于TOF原理激光雷达的脉冲激光接收电路，旨在解决现有技术中无法应对较大的输入信号动态范围，从而影响单点测距精度和多回波信号的处理的技术问题。

本实用新型提供了一种基于TOF原理激光雷达的脉冲激光接收电路，包括：光电转换模块、互阻抗放大电路和钳位电路；光电转换模块的输入端用于接收激光脉冲信号，所述互阻抗放大电路的输入端连接至所述光电转换模块的输出端，所述钳位电路的输入端连接至所述光电转换模块的输出端；所述光电转换模块将所述激光脉冲信号转换为电流脉冲信号，所述互阻抗放大电路将电流脉冲信号转换为电压信号；所述钳位电路对所述互阻抗放大电路输入端的光电流进行分流或者钳位，使得所述互阻抗放大电路的输出电压信号脉宽在输入信号较强情况下，随输入信号增强而单调变宽，且维持在小于或等于100纳秒以内。

进一步优选地，脉冲激光接收电路还包括：连接在所述互阻抗放大电路的输出端的电压放大电路，对电压信号进行放大，所述电压放大电路为差分输出。

进一步优选地，脉冲激光接收电路还包括：连接在所述电压放大电路的输出端的缓冲电路。

进一步优选地，脉冲激光接收电路还包括：连接在所述电压放大电路的输出端的差分放大电路。

进一步优选地，光电转换模块包括：电阻R1、电容C1和光电转换器件，电阻R1的一端连接电源HVCC，电阻R1的另一端通过电容C1接地，光电转换器件的一端连接至电阻R1的另一端，光电转换器件的另一端作为光电转换模块的输出端。