用于多点激光测距的抗干扰低功耗系统的制作方法

本发明涉及集成电路激光测距领域，尤其涉及一种适用于智能汽车多点激光测距系统的低功耗、抗干扰性强的系统结构。具体讲,涉及用于多点激光测距的抗干扰低功耗系统。

背景技术：

近年来，激光技术发展迅速，与激光相关的一系列衍生技术的应用也日趋成熟，其中最具有代表性的便是激光测距技术，以及与其相关的激光雷达的应用。激光测距技术利用了激光的高亮度和强相干性，能够精准的测得目标物距离。激光雷达的应用是在激光测距技术上，进一步整合相关信息，进而得到目标物的轮廓等灰度信息，可以应用于汽车智能驾驶、无人驾驶当中。

激光测距技术广泛采用的测距原理是飞行时间法(tof，timeofflight)，tof通过判别激光脉冲初始信号和回波信号的时间差，得到光束的飞行时间，从而结合光速计算出激光发射器到目标物之间的距离。tof的测距精度主要由测距系统对于起始(start)和终止(stop)计时信号的判别精度决定。测量距离由下式给出：(其中c为光速，t为激光总的飞行时间)

在智能汽车应用领域中，智能辅助驾驶技术需要在短时间内对车辆周围多个角度可能存在的障碍物进行测距，进而规划行车路线。利用机械扫描式激光雷达或全固态激光雷达可以实现这一目标，但成本较高。同时传统前端读出电路结构通常将探测器产生的光电流转换放大后，经模数转换器(adc)转换，送入上位机利用相关算法进行数据处理，得到距离信息。adc的转换精度直接影响了测距精度，而高精度adc的功耗普遍较大，成本较高。本专利提出一种低功耗、抗干扰性强的激光测距系统结构，其只对涉及行车路线的若干关键角度进行测距，同时在数据的处理上，避免了对adc的依赖，通过在tia后接比较器并整形，直接输出差分数字信号给上位机作为stop信号，提高了信号在传输过程中的抗干扰能力。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种适用于智能汽车的基于飞行时间法的低功耗，抗干扰性强的多点激光测距系统结构，有效降低整体功耗，同时具有成本低，抗干扰性强的优势。为此，本发明采取的技术方案是，用于多点激光测距的抗干扰低功耗系统，由光电流探测器、前端读出电路、跨阻放大器tia、比较器、多路选择器、上位机mcu、高压偏置电路组成，上位机mcu产生通道使能信号control，首先控制高压偏置电路为光电流探测器提供偏压，光电流探测器在高压偏置模块的作用下开始工作，探测光信号，产生电流脉冲信号输入到前端读出电路当中，经由tia放大为电压信号后，与一参考电压vref作比较，通过比较器转化为差分数字信号输出，再经中间信号传输线路传输至多路选择器；mcu发送的控制信号control同步控制多路选择器，选通相应的通道，读取相应通道的数据，经由mcu处理计算后，输出一路通道的距离信息，以此类推，完成任一通道的距离信息的输出。

不同通道的数据通路不会同时工作，由上位机控制tia跨阻开关，在停止测距时，处于关闭状态。

control信号为m位总线信号，其具体位数m由所需要的通道数决定，需满足：

2^m≥n

其中n为通道数目。

本发明的特点及有益效果是：

由于系统采用了单通道选通的工作模式，有效降低了功耗。系统采用前端电路直接输出差分数字信号进行线传输，在省去了由adc带来的功耗的同时，提高了信号传输过程中的抗干扰能力。采用多点测距方案实现多方向障碍物探测，结构较为简单，成本较低，功耗低，抗干扰性较强。

附图说明：

图1tof测距原理示意图。

图2多点激光测距示意图。

具体实施方式

本发明提出的多点激光测距系统结构，首先利用多个单点激光测距实现关键方向的距离检测，再通过探测器前端读出电路，经跨阻放大器(tia，transimpedanceamplifier)和比较器后直接输出差分数字信号，作为tof测距的stop信号送回上位机进行回波时刻判断，省去了模数转换器，同时有效降低了系统的整体功耗。

图2为本发明提出的多点激光测距原理示意图，该结构主要由光电流探测器、跨阻放大器、比较器、多路选择器、上位机mcu、高压偏置电路等模块组成。

系统工作过程如下，上位机mcu产生通道使能信号control，首先控制高压偏置模块为光电流探测器提供偏压，光电流探测器在高压偏置模块的作用下开始工作，探测光信号，产生电流脉冲信号输入到前端读出电路当中，经由tia放大为电压信号后，与一参考电压vref作比较，通过比较器转化为差分数字信号输出，再经中间信号传输线路传输至多路选择器。此时mcu发送的控制信号control同步控制多路选择器，选通相应的通道(channel)读取相应通道的数据，经由mcu处理计算后，输出一路通道的距离信息。以此类推，完成任一通道的距离信息的输出。由于不同通道的数据通路不会同时工作，进一步降低了系统功耗。由上位机控制tia跨阻开关，在停止测距时，处于关闭状态，杜绝了tia误输出电压脉冲的可能性，提高了系统可靠性。示意图中control信号为m位总线信号，其具体位数m由所需要的通道数决定，需满足：

2^m≥n

其中n为通道数目。

单通道采用tia后加比较器的结构在上位机控制调节下完成探测，单通道输出的差分信号经上位机控制下的多路选通器选通输出至上位机，进行下一步处理。tia、比较器与探测器靠近放置，多路选择器应与上位机mcu靠近放置，其中比较器与多路选择器之间的连线较长，利用差分传输提高了传输过程中的抗干扰能力。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及集成电路激光测距领域，为提出一种适用于智能汽车的基于飞行时间法的低功耗，抗干扰性强的多点激光测距系统结构，有效降低整体功耗，同时具有成本低，抗干扰性强的优势。为此，本发明采取的技术方案是，用于多点激光测距的抗干扰低功耗系统，由光电流探测器、前端读出电路、跨阻放大器TIA、比较器、多路选择器、上位机MCU、高压偏置电路组成，上位机MCU产生通道使能信号Control，控制信号Control同步控制多路选择器，选通相应的通道，读取相应通道的数据，其余通道以此类推，完成任一通道的距离信息的输出。本发明主要应用于集成电路激光测距场合。

技术研发人员：赵毅强;丁春楠;叶茂
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.09.30
技术公布日：2019.04.02