[发明专利]一种带有光子时间相关性检测功能的时间数字转换器

说明书

本发明公开了一种带有光子时间相关性检测功能的时间数字转换器，包括：精计数相位捕获单元，用于根据START脉冲信号和STOP脉冲信号，捕获时钟单元提供的多相相位数据；粗计数同步单元，用于根据START脉冲信号开始计数，并且根据STOP脉冲信号产生同步信号；时间相关性检测单元，用于在STOP脉冲信号持续期间记录传感器阵列中触发的SPAD的数目；数据缓存模块，用于根据STOP脉冲信号存储多相相位数据、SPAD触发数目以及粗计数器的计数值；算术逻辑单元，对存储在数据缓存模块中的数据进行算数运算；主控单元，用于为其他单元或模块提供使能信号和控制命令；串行数据读出电路，用于根据主控单元的控制命令，将算术逻辑单元运算得到的输出结果通过串行的方式读出。

技术领域

本发明属于激光雷达测距技术领域，更具体地，涉及一种带有光子时间相关性检测功能的时间数字转换器。

背景技术

近年来，直接飞行时间(Direct Time-Of-Flight，DTOF)测距法在三维成像、无人驾驶、生物医疗等领域都有着重要应用，其工作原理是：激光发射器发出开始激光信号START(在此将开始激光信号命名为START)照射在被探测的目标物体上时，目标物体反射回波，单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)将回波转换为电信号并产生停止脉冲信号STOP(在此将停止脉冲信号命名为STOP)。在DTOF测距法中，主要通过时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)来完成对起止时间脉冲信号的数字量化转换，因此对时间数字转换器的测量精度、探测效率等提出了极高的要求。

传统的测距方案中TDC一次复位只能检测一次START脉冲信号与STOP脉冲信号之间的时间间隔，为检测多个STOP脉冲信号与同一START脉冲信号之间的间隔，引入了多通道TDC。传统的多通道TDC中，参考时钟到各STOP脉冲信号所在通道的延时不同，由此产生测量误差，并随通道数增多而增大。

此外，激光发射器发射出的光子在返回SPAD阵列时，可能由于噪声干扰等因素，导致单光子雪崩二极管产生误触发，从而使TDC记录下错误的时间间隔，直接影响测量结果。综上所述，传统的时间数字转换器存在测量精度误差甚至错误测量的问题，无法满足激光测距的实际需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种带有光子时间相关性检测功能的时间数字转换器，该时间数字转换器带有光子时间相关性检测功能，大大降低了由于单光子雪崩二极管误触发对测量结果带来的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种带有光子时间相关性检测功能的时间数字转换器，包括：精计数相位捕获单元、粗计数同步单元、时间相关性检测单元、数据缓存模块、算术逻辑单元、主控单元和串行数据读出电路，其中：

所述精计数相位捕获单元，用于根据START脉冲信号和STOP脉冲信号，捕获时钟单元提供的多相相位数据，并进一步将数据存储到所述数据缓存模块；

所述粗计数同步单元，用于根据START脉冲信号开始计数，并且根据STOP脉冲信号产生同步信号，还用于根据所述同步信号输出粗计数器的计数值；

所述时间相关性检测单元，用于在STOP脉冲信号持续期间记录传感器阵列中触发的SPAD的数目；

所述数据缓存模块，用于根据所述STOP脉冲信号存储所述多相相位数据、SPAD触发数目以及粗计数器的计数值，还用于根据主控单元的控制，输出存储的所述多相相位数据、SPAD触发数目以及粗计数器的计数值；

所述算术逻辑单元，在主控单元的控制下，对存储在数据缓存模块中的数据进行算数运算，转换为输出结果，并存储在所述数据缓存模块中；

所述主控单元，用于为其他单元或模块提供使能信号和控制命令；