[发明专利]用于激光雷达的模拟前端读出电路

说明书

本发明涉及激光雷达技术领域，为解决激光雷达读出电路误差及功耗问题，提出单通道前端模拟读出电路，本发明，用于激光雷达的模拟前端读出电路，激光探测器探测光电流，通过跨阻放大器将光电流信号转化为电压信号并放大，放大倍数为‑R_f，其中R_f为跨阻放大器反馈电阻，经过跨阻放大器后，由可调增益放大器VGA对电压信号进行第二级放大，VGA通过开关控制反馈电阻的并联个数，达到调节增益的目的；通过调节VGA增益，使得VGA输出电压信号幅值处在峰值检测模块、频率检测模块所需的输入动态范围内，最后电压信号通过峰值检测电路将峰值信号输出至后端模/数转换器。本发明主要应用于激光雷达设计制造场合。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体讲,涉及用于激光雷达的模拟前端读出电路。

背景技术

激光雷达(Lidar)是传统雷达与激光技术相结合的产物。以微波雷达原理为基础，将激光束作为新的探测信号，充分发挥了激光亮度高，具有良好的方向性、单色性和相干性的特点，使激光雷达具备了频率快、峰值功率高、波长范围广、体积小等技术优势。激光雷达系统结合全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)，可以快速、准确地获取测量点的高精度三维坐标数据，建立数字线划地图、数字正射影像图、数字高程模型等，在各个领域得到广泛应用，己成为当今科学研究、理论创新的热点，倍受关注。

针对激光雷达的回波脉冲信号，采用读出电路结构进行处理分析。现阶段的激光雷达常用读出电路结构主要有两种。第一种结构是跨阻放大器(TIA)、比较器和时间数字转换器(TDC)。当激光器发射光束时TDC开始计时，跨阻放大器将接收到的电流信号转换为电压信号并放大，然后输入到比较器中。当比较器接收到的电压高于阈值电压时产生触发信号，TDC停止计时。但是此方案存在误差较大的缺点，当两束回波形状或幅值不同时，触发时间点不同，会产生行走误差。第二种结构是跨阻放大器和模拟数字转换器(ADC)。跨阻放大器将回波信号转换并放大后输入到ADC，信号被直接数字化。但是采用这种结构无法判断回波信号到达ADC的时刻，因此ADC必须全程工作，功耗巨大，且高速ADC结构复杂，不易多通道集成。

参考文献

[1]胡以华,舒嵘.机载与星载激光探测技术及其应用日[J].红外与激光工程,2008,37(3):8-13.

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[3]Chen,X.,K.Wang,T.Mei,X.Mao,S.Wang.Novel multi-pulses technologyfor pulseLaser[J].Microwave and Optical Technology Letters,2015,57(7):1614-1620。

发明内容

为克服现有技术的不足，解决激光雷达读出电路误差及功耗问题，本发明旨在提出一种单通道前端模拟读出电路。为此，本发明采取的技术方案是，用于激光雷达的模拟前端读出电路，激光探测器探测光电流，通过跨阻放大器将光电流信号转化为电压信号并放大，放大倍数为-R_f，其中R_f为跨阻放大器反馈电阻，经过跨阻放大器后，由可调增益放大器VGA对电压信号进行第二级放大，VGA通过开关控制反馈电阻的并联个数，达到调节增益的目的；通过调节VGA增益，使得VGA输出电压信号幅值处在峰值检测模块、频率检测模块所需的输入动态范围内，最后电压信号通过峰值检测电路将峰值信号输出至后端模/数转换器，从而获得波形的幅值信息；电压信号通过频率检测电路直接输出数字信号，并通过计数器检测波形实时频率。

频率检测电路是通过实时比较器、计数器来实现，比较器采用未经补偿的全差分放大器，通过设置一个合理的阈值电压作为比较器参考电位，另一端接VGA输出，计数器通过计算时间段内比较器的翻转次数，得到激光回波信号的重复频率。