[发明专利]用于飞行时间测量的信号处理单元和方法

说明书

指定了用于飞行时间测量的信号处理单元。该信号处理单元包括振荡模块、传输模块、检测模块、至少一个乘法器、模数转换器和处理模块。振荡模块适于提供m个参考相位；传输模块适于基于从m个参考相位中选择的相应选择相位来生成至少一组光脉冲；检测模块适于接收所述至少一组光脉冲的相应的一组反射，并基于所述一组反射来生成检测器信号；至少一个乘法器适于将所述检测器信号乘以相应的比较相位；模数转换器适于将至少一个乘法器的结果转换为数字信号；并且处理模块适于基于数字信号来确定相应的比较相位或相应的选择相位，并计算至少一组所生成的光脉冲与一组所接收的反射之间的近似相位差。另外，指定了用于飞行时间测量的对应方法。

技术领域

指定了用于飞行时间测量的信号处理单元和方法。

背景技术

根据现有技术，可以使用三角测量、干涉测量、共焦色度、直接脉冲型飞行时间(ToF)或间接相位型频率调制ToF来测量到特定物体的距离。间接相位型频率调制ToF通常涉及四个参考相位分别乘以检测器信号。然后可以将距离D确定为其中，c表示光速，并且f表示调制频率。可以根据四个数字转换后的乘积a₀…a₃将相位确定为因此，需要四个乘法器和ADC通道来计算相位，这导致用于飞行时间测量的装置中的相对较大的数字区域和高功耗。

发明内容

因此，本发明的至少一个目的是指定一种用于飞行时间测量的装置和对应的方法，其允许较小的管芯尺寸并且有助于降低功耗。

这些目的通过根据独立专利权利要求的信号处理单元和方法来实现。信号处理单元和方法的有利实施方式和发展在从属权利要求中指定，并且进一步从下面的描述和附图中显而易见。

根据本发明的第一方面，指定了一种用于飞行时间测量的信号处理单元。

根据参考第一方面的至少一个实施方式，信号处理单元包括振荡模块，其适于提供m个参考相位。在该上下文中，振荡模块可以包括振荡器，例如晶体振荡器、内部RC弛豫振荡器或允许生成具有预定频率和相位的参考信号的类似实体。这样的参考信号可以是正弦或非正弦的，诸如方波信号。参考信号的频率可以在1MHz至20MHz之间的范围内。

振荡模块可以进一步包括锁相环(PLL)或延迟(线)锁定环(DLL)，以基于由振荡器生成的参考信号来生成m-1个进一步的参考信号。总共，可以生成m个参考信号，它们的相位偏移彼此不同，特别是关于由振荡器生成的参考信号。此处和下文中，具有不同相位偏移的参考信号也称为“参考相位”。

根据参考第一方面的至少一个实施方式，信号处理单元包括传输模块，其适于生成至少一组光脉冲。传输模块可以包括用于生成脉冲光的光源，诸如发光二极管(LED)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。每个光脉冲可以对应于用于驱动传输模块的驱动器信号的相应脉冲。具体地，传输模块可以适于基于从m个参考相位中选择的相应选择相位来生成至少一组光脉冲。在该上下文中，传输模块可以进一步包括LED/VCSEL驱动器单元，用于基于选择相位来提供驱动电流。

传输模块可以被配置为以(周期性)脉冲模式操作，其中，仅在相对短的时间间隔内生成光脉冲，而传输模块在(每个周期的)剩余时间处于禁用操作状态。具体地，可以分别仅在传输模块的操作时间或每个周期的0.5％至5％中生成光脉冲。优选地，分别仅在传输模块的操作时间或每个周期的高达1％中生成光脉冲。

可选地，传输模块可以被配置为以连续模式操作。

此处和下文中，光脉冲是指对应于传输模块的驱动器信号的一系列或一组光脉冲。

根据参考第一方面的至少一个实施方式，信号处理单元包括检测模块，其适于接收一组光脉冲并基于所述一组光脉冲来生成检测器信号。具体地，由检测模块接收的光脉冲可以是由传输模块生成的光脉冲的反射。换句话说，检测模块可以适于接收所述至少一组光脉冲的相应的一组反射，并基于所述一组反射来生成检测器信号。检测器信号的脉冲可以对应于所接收的反射的脉冲。检测模块可以包括光电二极管等，以便生成电检测器信号。