[发明专利]用于LIDAR系统的采样和保持电路

说明书

本发明涉及一种采样和保持电路，包括并联布置的多个采样和保持分支，并且每个采样和保持分支包括缓冲器和包括一个或多个采样和保持单元的采样和保持块，其特征在于所述采样和保持电路进一步包括时钟和定时电路，该时钟和定时电路被布置用于设置可适配的时间延迟以对每个采样和保持块实现采样和采样相位，由此至少一个采样和保持块的时间延迟能够被设置为比一个采样时钟周期大的值。

技术领域

本发明大体上涉及采样和保持电路的领域。更具体而言，本发明涉及用于在光检测和测距系统中使用的采样和保持电路。

背景技术

LIDAR(从“光雷达”导出)系统在本领域中是公知的。术语LIDAR系统用作光检测和测距系统的缩写。这样的系统被设计为通过将入射光束引导到目标并检测反射光束来对该目标物体执行距离测量。可以基于入射光束和反射光束的飞行时间测量来计算到目标的距离。LIDAR系统可被用于各种适配的驾驶辅助(ADAS)应用，像紧急刹车、适配巡航控制、盲点监测；LIDAR系统可以是自动驾驶系统中的关键感测部件中的一个部件以辅助车辆导航。然而，注意到，像距离测量仪器、3D测绘、虚拟现实、增强现实、机器人、自动化、安全监控等应用也使用LIDAR系统。

LIDAR原则上可以使用任何光波长，例如紫外光、可见光、近红外光或红外光来对物体成像。所使用的波长取决于应用规范和(低成本的)光学部件(像光源和光电检测器)的可用性而变化。传感器记录从发射脉冲的时间开始的光幅度，并且使用幅度对时间的信号来找到位于场景中的反射脉冲形状。

LIDAR系统已经在现有技术中被提出。来自(多个)光电二极管的信号在模拟前端块中被接收，在模拟前端块，它们被转换成可以被处理用于最终确定到目标物体的距离的信号。模拟前端块的典型示例是将光电二极管电流信号转换为电压信号的互阻抗放大器。

图1示出了包括光电二极管阵列202和块201的LIDAR系统200，其中信号从光电二极管阵列被接收且被处理。照明源207将光脉冲或调制的光发射到场景中，在图1的示例中该场景包括高反射物体204和低反射物体206。在所示的示例中，该场景经由透镜203被投影在LIDAR系统中的光敏元件202上。接收到的信号然后在块201中被转换和处理。这典型地包括放大、模数转换、低通滤波和脉冲检测(例如通过应用曲线拟合或相关)。最终，距离通过将往返行进时间的一半乘以光速来确定。

为了在距离测量中实现良好的精度，LIDAR系统需要高采样率。现有技术系统通过交错(interleave)低采样率数据或使用非常高速的ADC来实现这种高采样率。使用交错数据显著地降低帧速率，并且使用高速ADC显著地增加系统成本和复杂性。实际上，现存系统使用不可配置的采样和保持阵列，并收集具有稍微时间偏移的多个数据组。通过交错数据来组装这些数据组，以创建具有高有效采样率的完整数据组。然而，这种方法需要采用多个样本N以使有效采样率增加N倍，这导致帧速率降低N倍。

US7206062公开了一种激光检测和测距系统，其包括用于使用N个离散样本利用光信号检测器生成电信号的电路；一组M个并行的采样/保持电路单位单元，其中的单独的单元与相关联的采样/保持时钟一起操作，在其处每个采样/保持时钟相对于相邻的采样/保持电路单位单元的采样/保持时钟以较小的固定或可编程的量Δt在时间上被移位。因此，量Δt小于时钟周期。该系统进一步包括用于将来自M个并行的采样/保持电路单位单元的至少一些中的单独的单位单元的第一输出的电信号的被采样值顺序地耦合到模数转换器电路(ADC)的电路。

在US5179286中，公开了一种用于测量到物体的距离的距离测量装置。该装置包括用于检测反射脉冲的光电检测电路，该反射脉冲接着被A/D转换。处理单元处理数据以由此算术地确定到物体的距离。

数据收集典型地被如下执行：