一种光接收端电路和激光雷达的制作方法

本申请涉及光信号探测，尤其涉及光接收端电路和激光雷达。

背景技术：

1、光接收端电路中，可能会由于供电电源的变化等，产生噪声信号。例如，在激光雷达接收系统中，硅光电倍增管(sipm)作为新一代的半导体光电器件，因为其高增益、单光子级别灵敏度、皮秒级快速响应能力、出色的时间分辨率以及集成度高等特性，已被广泛认为是替代传统弱光探测器的最佳选择。目前sipm在医学成像、激光探测和测量领域、辐射探测和精密分析等领域已得到广泛应用。

2、sipm增益高的特点，在探测远距离目标物时，具有很强的探测能力，但由于其增益高，对于近距离的探测，就会出现信号饱和，近距离目标物有盲区的问题，为解决该问题，就需要通过改变sipm的偏压，从而调节sipm的增益。为了让sipm探测器的增益动态调节，目前的方式一般是通过设置偏压调节电路来调节sipm探测器的电源电压，为sipm提供所需的偏压，这种调节方式是根据sipm的工作传感器温度的变化来实现的，但是该方案的缺点由于是通过开关电源升压的方式实现偏压电路，因此响应速度慢。而rc电路是另一个比较有效的调节sipm偏压的方法，响应速度比较快，但是rc电路中用到的mos管作为开关充放电，会引入开关时刻出现电脉冲信号，该信号作为噪声会串到后级的输出信号中。

3、sipm是集成度高的阵列器件，由于直接光子串扰和器件表面反射，会带来光学串扰的问题，该问题可能引起回波信号的误判，目前的解决方式一般是通过提高信号处理的阈值，将光串扰干扰规避，但是该方法会降低激光雷达的测距能力。

4、因此，如何避免光接收端电路中的噪声和光串扰的影响，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种光接收端电路和激光雷达，以解决现有技术中如何避免光接收端电路中的噪声和光串扰的影响的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。

3、第一方面，本申请实施例提供一种光接收端电路，包括供电模块、光电探测器模块、放大模块、差分模块、信号处理模块。

4、所述供电模块、所述光电探测器模块、所述放大模块、所述差分模块、所述信号处理模块依次电连接。

5、所述光电探测器模块包括工作组光电探测器和遮光组光电探测器。

6、所述工作组光电探测器用于接收正常光信号，并将所述光信号转化为电信号经过所述放大模块放大后发送至所述差分模块的第一端。

7、所述遮光组光电探测器用于将在与所述正常光信号隔绝的遮光情况下产生的噪声信号经过所述放大模块放大后发送至所述差分模块的第二端。

8、所述差分模块用于将所述电信号与所述噪声信号作差，以产生消除噪声的待处理信号，并将所述待处理信号传输至所述信号处理模块。

9、相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

10、本申请实施例提供的光接收端电路中，由于遮光组光电探测器与正常光信号隔绝，遮光组光电探测器产生的信号的条件与工作组光电探测器产生的信号的条件之间的区别仅仅在于是否有正常光信号，因此遮光组光电探测器产生的信号代表了噪声信号和光串扰产生的信号，这样将工作组光电探测器产生的信号和遮光组光电探测器产生的信号作差，即得到了去除噪声信号和光串扰的信号，即避免光接收端电路中的噪声和光串扰的影响。

11、可选地，所述光电探测器模块由硅光电倍增管阵列和采样电阻组成，选取所述硅光电倍增管阵列的边缘区域的一部分硅光电倍增管遮光作为所述遮光组光电探测器，其余的硅光电倍增管作为工作组光电探测器。

12、硅光电倍增管阵列的制造工艺比较成熟，用硅光电倍增管阵列实现光电探测器模块是成本低而有效的实施方式。

13、可选地，所述的硅光电倍增管阵列采用共阳极接法，阳极与所述供电模块电连接；多个硅光电倍增管单元与多个采样电阻一一对应，每个硅光电倍增管单元的阴极与其对应的采样电阻的第一端连接，且用于输出电压至放大模块，所述的采样电阻的第二端接地。

14、每个硅光电倍增管单元包括相同的雪崩光电二极管和淬灭电阻，这种硅光电倍增管单元的制造工艺比较成熟，且集成度高，用这种硅光电倍增管阵列实现光电探测器模块是成本低且易于集成的实施方式。

15、可选地，所述光接收端电路还包括开关模块，所述开关模块连接于所述光电探测器模块和所述差分模块之间。

16、当不需要工作时，就可以把开关模块置为关闭状态，从而降低了后级的功耗。

17、可选地，所述开关模块包括多个模拟开关，所述光电探测器模块由多个硅光电倍增管单元组成，所述多个硅光电倍增管单元与所述多个模拟开关一一对应连接。

18、模拟开关例如三极管、mos管等，是一种简单且成本低的开关模块的实现方式。

19、可选地，所述放大模块包括与所述多个模拟开关一一对应连接的相同的放大器件，所述放大器件的输入端连接所述模拟开关，所述放大器件的输出端连接所述差分模块。

20、放大模块可以在前级电路光电探测器模块的输出信号不够大的情况下，将光电探测器模块的输出信号放大，从而有利于后级电路处理。

21、可选地，所述光电探测器模块由硅光电倍增管阵列和采样电阻组成，硅光电倍增管阵列中，边缘通道进行遮光，中间通道不遮光，经过采样电阻将电流信号转换成电压信号，经过放大后，再接到差分模块；所述的差分模块是由差分运算放大器及其外围电路组成的，每个差分运放的第一端与所述的经过放大后的工作组的光电信号一一对应，第二端与经过放大后的遮光组的光电信号连接。

22、可选地，所述遮光组光电探测器的遮光材料为吸光泡棉。

23、吸光泡棉的制造工艺比较成熟，用吸光泡棉实现光电探测器模块的遮光是成本低而有效的实施方式。

24、可选地，所述供电模块包括电阻和电容组成的低通滤波器，所述低通滤波器的输入端连接电源，所述低通滤波器的输出端连接所述光电探测器模块。供电模块的组成还可以有很多变化的实施方式，rc低通滤波器能够使得输出给硅光电倍增管的供电电压时间上以rc曲线的方式输出，且响应速度比较快。

25、第二方面，本申请实施例提供一种激光雷达，包括第一方面的光接收端电路，原理和实现的有益效果与第一方面的光接收端电路一致。

技术特征：

1.一种光接收端电路，其特征在于，包括供电模块、光电探测器模块、放大模块、差分模块、信号处理模块；

2.如权利要求1所述的光接收端电路，其特征在于，所述光电探测器模块由硅光电倍增管阵列和采样电阻组成，选取所述硅光电倍增管阵列的边缘区域的一部分硅光电倍增管遮光作为所述遮光组光电探测器，其余的硅光电倍增管作为工作组光电探测器。

3.如权利要求2所述的光接收端电路，其特征在于，所述的硅光电倍增管阵列由多个相同的硅光电倍增管单元组成，多个硅光电倍增管单元与多个采样电阻一一对应；每个硅光电倍增管单元包括单光子雪崩光电二极管和淬灭电阻，所述的硅光电倍增管阵列采用共阳极接法，阳极与所述供电模块电连接；每个硅光电倍增管单元的阴极与其对应的采样电阻的第一端连接，且用于输出电压至放大模块，所述的采样电阻的第二端接地。

4.如权利要求1所述的光接收端电路，其特征在于，所述光接收端电路还包括开关模块，所述开关模块连接于所述光电探测器模块和所述差分模块之间。

5.如权利要求4所述的光接收端电路，其特征在于，所述开关模块包括多个模拟开关，所述光电探测器模块由多个硅光电倍增管单元组成，所述多个硅光电倍增管单元与所述多个模拟开关一一对应连接。

6.如权利要求5所述的光接收端电路，其特征在于，所述放大模块包括与所述多个模拟开关一一对应连接的相同的放大器件，所述放大器件的输入端连接所述模拟开关，所述放大器件的输出端连接所述差分模块。

7.如权利要求2所述的光接收端电路，其特征在于，硅光电倍增管阵列中，边缘通道进行遮光，中间通道不遮光，经过采样电阻将电流信号转换成电压信号，经过放大后，再接到差分模块；所述的差分模块包括多个差分运算放大器，每个差分运算放大器的第一端与所述的经过放大后的工作组的光电信号一一对应，第二端与经过放大后的遮光组的光电信号连接。

8.如权利要求1所述的光接收端电路，其特征在于，所述遮光组光电探测器的遮光材料为吸光泡棉。

9.如权利要求1所述的光接收端电路，其特征在于，所述供电模块包括电阻和电容组成的低通滤波器，所述低通滤波器的输入端连接电源，所述低通滤波器的输出端连接所述光电探测器模块。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的光接收端电路。

技术总结
本申请实施例提供一种光接收端电路和激光雷达，涉及光信号探测技术领域。供电模块、光电探测器模块、放大模块、差分模块、信号处理模块依次电连接，光电探测器模块包括工作组光电探测器和遮光组光电探测器，工作组光电探测器用于接收正常光信号，并将光信号转化为电信号经过放大模块放大后发送至差分模块的第一端。遮光组光电探测器用于将在与正常光信号隔绝的遮光情况下产生的噪声信号经过放大模块放大后发送至差分模块的第二端。差分模块用于将电信号与噪声信号作差，以产生消除噪声的待处理信号，得到了去除噪声信号和光串扰的信号，即避免了光接收端电路中的噪声和光串扰的影响。

技术研发人员：王二伟,张海武,疏达
受保护的技术使用者：北醒（北京）光子科技有限公司
技术研发日：20230526
技术公布日：2024/1/15