[发明专利]一种激光雷达直流耦合接收电路

说明书

本发明设计的激光雷达直流耦合接收电路，包括FPGA模块、光电探测模块和电源选通模块，光电探测模块包括N个pixel单元，pixel单元即为通道单元，电源选通模块由FPGA模块控制，FPGA模块向电源选通模块发出N路控制信号从而为光电探测模块的N个pixel单元轮循供电，由于激光器发光顺序与光电探测模块pixel单元的收光顺序一一对应，所述光电探测模块中各pixel单元轮循供电能够有效缓解光学串扰对选通pixel单元探测的影响，所述激光雷达直流耦合接收电路保留了目标物回波信号的直流分量，能够更真实地反应回波信号峰的真实强度值，有利于激光雷达后续反射率的标定，此外，通过内部的电源选通模块保证有且仅有一组激光器、一组SiPM通道工作，能够有效缓解光学串扰带来的探测干扰。

技术领域

本发明涉及车载激光雷达领域，具体而言涉及一种激光雷达直流耦合接收电路。

背景技术

激光雷达、毫米波雷达和摄像头是车端无人驾驶的核心感知传感器，与毫米波雷达和摄像头相比，激光雷达具有高分辨率、远距离、视角广阔、不受环境气候条件影响等特性，且与摄像头相比，激光雷达能够有效地识别非金属物体，所以，激光雷达在高级别自动驾驶中具备不可替代的优势。

激光雷达的输出信息包括时间戳、三维位置、距离和反射率，其中，反射率是被测目标物体的重要信息，基于硅光电倍增管（SiPM）的探测电路通常采用交流耦合方案，但背景噪声将直接影响回波信号的探测概率，此外，激光雷达的光学串扰也可能引起回波信号的误判。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种激光雷达直流耦合接收电路。本发明具体采用如下技术方案。

为实现上述目的，提出一种激光雷达直流耦合接收电路，接收电路包括FPGA模块、光电探测模块和电源选通模块，光电探测模块包括N个pixel单元，pixel单元即为通道单元，电源选通模块由FPGA模块控制，FPGA模块向电源选通模块发出N路控制信号从而为光电探测模块的N个pixel单元轮循供电，由于激光器发光顺序与光电探测模块pixel单元的收光顺序一一对应，所述光电探测模块中各pixel单元轮循供电能够有效缓解光学串扰对选通pixel单元探测的影响，pixel单元具体为与激光器一一对应的辐射检测器，光电探测模块还包括感应电阻，辐射检测器吸收光子产生的电流脉冲经感应电阻转换为电压脉冲，光电探测模块的输出端连接差分放大电路，差分放大电路通过ADC模块连接FPGA模块，差分放大电路用于将电压脉冲按比例放大，放大后的电压脉冲信号经所述ADC模块高速采样，后经LVDS接口送入所述FPGA模块处理，所述FPGA模块采用直接测量飞行时间（dToF）方式计算目标距离；FPGA模块另外通过一DAC模块连接差分放大电路，FPGA模块控制该DAC模块产生共模电压DC-BIAS提供差分放大电路的直流偏置，此外，FPGA模块还通过另一DAC模块连接负压LDO模块，该负压LDO模块连接光电探测模块为光电探测模块提供-Vbias负电压，与电源选通模块中的电压共同保证光电探测模块工作处于盖革模式，光电探测模块的侧面安装有温度传感器，温度传感器连接FPGA模块，由于SiPM的击穿电压随温度的变化明显，故采用所述温度传感器模块进行实时击穿电压补偿，FPGA模块根据温度传感器采集的数据对-Vbias负电压数据进行调整。

作为优选，电源选通模块采用PMOS结构。

作为优选，光电探测模块具体为SiPM探测模块，pixel单元具体为与激光器一一对应的固态高增益辐射检测器。

作为优选，光电探测模块由两片12通道SiPM pixel单元拼接而成，共有24个pixel单元，所有PMOS开关默认关闭，当发光模块24组激光器轮循发光时，所述FPGA模块产生的24路控制信号在相应时间段轮循拉低，即PMOS开关轮循开启，用于相应的SiPM通道接收目标物的回波信号，在同一时间段内，有且仅有一组激光器和一组SiPM通道工作，其余23组SiPM通道无法形成通电环路，故二极管的体电容等寄生因素也无法将串扰光信号传导到所述差分放大电路前端，从而该电路结构能够有效缓解光学串扰对测距带来的影响。