[发明专利]一种应用于脉冲式激光雷达系统的高灵敏度接收电路

说明书

本发明提出一种应用于脉冲式激光雷达系统的灵敏度接收电路，其包括光电二极管、数据选择器及设于该二者之间的第一通道和第二通道，该光电二极管为接收电路的信号采信输入，该数据选择器为接收电路的信号输出；该第一通道包括通道选择开关S1、跨阻放大器、一阶RC微分电路、电压放大器一、过零比较器一和阈值比较器一；该第二通道包括通道选择开关S2、电荷灵敏放大器、主二阶RC微分电路、电压放大器二、过零比较器二、阈值比较器二和阈值比较器三。本发明采用跨阻放大器和电荷灵敏放大器作为前置放大器，可以实现低噪声和超宽动态范围，以一阶和二阶微分电路、电压放大器以及过零比较器实现的时刻鉴别电路，在保证高测量精度的同时降低了电路的成本。

技术领域

本发明涉及一种应用于脉冲式激光雷达系统的高灵敏度接收电路。

背景技术

脉冲式激光雷达系统通常包括控制器、发射驱动电路、接收电路、高精度时间测量模块四个部分(参照附图1)，其采用TOF(Time of Fl ight，飞行时间)原则进行距离测量。其工作原理为：当开始测距时，控制器发出“START”信号给发射驱动电路驱动激光二极管发射窄脉冲激光，与此同时，“START”信号也触发高精度时间测量模块开始计时；当脉冲激光经过目标物漫反射之后，回波信号经过光电二极管产生电流脉冲信号，该信号再通过接收电路处理之后产生一个STOP信号，高精度时间测量模块收到该信号后便立即停止计时，由此记录下了激光在往返路程上的飞行时间；最后，时间测量模块将测量的到的时间数据传回控制器并由控制器根据时间数据计算出测量的距离。由此可见，脉冲式激光雷达实现精确测量的关键在于如何准确地给出STOP信号，这就要求接收电路不仅要有很宽的动态范围以适应距离的远近变化而引起的回波信号幅度变化，而且要保证较低的电路噪声以满足高精度的要求。此外，在接收电路中还需要选择合适的时刻鉴别方案来克服回波信号的行走误差。

目前最常用的脉冲式激光雷达接收电路通常采用前沿时刻鉴别法或者恒比鉴别法。采用前沿时刻鉴别法的接收电路如附图2所示，采用恒比鉴别法的接收电路如附图3所示。这两种电路都有明显的缺点：

1)前沿时刻鉴别法无法消除脉冲回波信号的行走误差，因此测量误差往往很大；

2)可变增益放大器的动态范围十分有限，无法达到超宽的动态范围；

3)恒比鉴别法虽然能够消除行走误差，但是需要配合精确的延时器，较为简单的延时器会导致误差增加，而精确的延时器又会导致成本上升；

4)采用跨阻放大设计的接收电路往往具有较大的噪声，因此很难获得高灵敏度。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出应用于脉冲式激光雷达系统的灵敏度接收电路，具体是通过以下技术手段实现的：

一种应用于脉冲式激光雷达系统的高灵敏度接收电路，其包括光电二极管、数据选择器及设于该二者之间的第一通道和第二通道，该光电二极管为接收电路的信号采信输入，该数据选择器为接收电路的信号输出；

该第一通道包括通道选择开关S1、跨阻放大器、主要由电阻R_d和电容C_d构成的一阶RC微分电路、电压放大器一、过零比较器一和阈值比较器一；该道选择开关S1、跨阻放大器、一阶RC微分电路、电压放大器一和过零比较器一依次连接，该阈值比较器一的输入端接于该电压放大器一的输出端；

该第二通道包括通道选择开关S2、电荷灵敏放大器、主要由电阻R_d1、R_d2和电容C_d1、C_d2构成的二阶RC微分电路、电压放大器二、过零比较器二、阈值比较器二和阈值比较器三；该通道选择开关S2、电荷灵敏放大器、二阶RC微分电路、电压放大器二和过零比较器二依次连接，该阈值比较器二和阈值比较器三的输入端分别与该电压放大器二的输出端连接；