CN105116401A - 激光脉冲信号发生电路及方法、测距装置 - Google Patents

激光脉冲信号发生电路及方法、测距装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光脉冲信号发生电路及方法、测距装置，其中：激光脉冲信号发生电路包括方波发生单元、延时单元以及异或单元，所述方波发生单元用于产生方波信号，所述延时单元用于对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号，所述异或单元用于对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。与现有技术相比，本发明中的激光脉冲信号发生电路结构简单、便于调试、稳定可靠。另外，方波发生单元和延时单元的参数均可以根据需求进行调整，进而得到不同的激光脉冲信号，应用范围广泛。

Description

激光脉冲信号发生电路及方法、测距装置
技术领域
本发明涉及激光脉冲测距领域，特别涉及一种激光脉冲信号发生电路及方法、包括激光脉冲信号发生电路的测距装置。
背景技术
在激光脉冲测距电路中，激光脉冲信号的产生是非常重要的一个环节。激光脉冲测距的原理是利用飞行时间法来实现的，即通过测量发射信号与接收信号的飞行时间间隔来实现距离测量。具体地，根据激光脉冲发射出去的时间以及接收到该激光脉冲遇到障碍物反射回波的时间计算出时间差，再结合激光飞行速度(即光速)，能够计算出发射点与障碍物之间的距离。根据激光测距的原理可知，时间差是以激光发射脉冲和接收脉冲作为基准来测得的，因此这两个基准信号十分重要。理论上来说，基准信号的宽度越大，测量的误差会越大，所以基准信号的宽度需要无限小才能避免测量误差。
另外，用于发射激光的半导体激光二极管具有一个特性，峰值输出功率与驱动信号的脉宽呈反比例变化。当输出驱动信号的脉冲宽度减小时，允许的最大输出功率增大，这有利于增加激光发射的距离。
因此，对于激光脉冲测距设计来说，需要尽量降低激光脉冲驱动信号的脉宽，一般在10ns以内是一个较好的选择。另外，由于激光测距通常为一个重复的过程，因此，激光发射脉冲一般为周期性的。
现有产生激光脉冲驱动信号的电路一般有雪崩三极管Marx(马克思电路)级联电路、梳状谱电路、微分器和高速差分放大器构成的电路等，但是这些电路的结构都比较复杂，难于调试，而且输出信号的稳定度较低，难以得到广泛的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中产生激光脉冲驱动信号的电路结构复杂、难于调试以及输出信号不稳定等的缺陷，提供一种结构简单、便于调试、稳定度可靠的激光脉冲信号发生电路及方法，以及包括激光脉冲信号发生电路的测距装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种激光脉冲信号发生电路，其特点在于，包括：方波发生单元、延时单元以及异或单元，
所述方波发生单元用于产生方波信号，所述延时单元用于对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号，所述异或单元用于对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。
较佳地，所述方波信号的占空比为50％。
本方案中，对方波信号进行延时处理得到一延时信号，将该延时信号与方波信号进行异或处理，最终输出一激光脉冲信号。本发明中的激光脉冲信号发生电路结构简单、便于调试。
本方案中，延时信号相较于方波信号的延时时间决定了输出的激光脉冲信号的脉宽，具体地，延时时间与激光脉冲信号的脉宽相等，因此，通过调整延时单元的延时时间即可改变激光脉冲信号的脉宽。方波信号的频率决定了输出的激光脉冲信号的频率，具体地，方波信号的频率是激光脉冲信号的频率的一半，因此，通过调整方波发生单元输出的方波信号的频率即可改变激光脉冲信号的频率。本发明通过调整方波发生单元和延时单元的参数可以得到不同的激光脉冲信号，应用范围广泛。
较佳地，所述方波信号的频率范围为1Hz～1000KHz，所述激光脉冲信号的脉宽小于等于10纳秒。本方案中，延时信号相较于方波信号的延时时间小于等于10纳秒，相应地，输出的激光脉冲信号的脉宽也小于等于10纳秒。
较佳地，所述方波发生单元、所述延时单元以及所述异或单元均为数字电路。本方案中，方波发生单元、延时单元以及异或单元均由数字电路构成，因此，方波信号、延时信号以及激光脉冲信号均稳定可靠。
较佳地，所述方波发生单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一稳压管、第二稳压管和第一电容，
所述运算放大器的反相输入端分别与所述第四电阻的一端和所述第一电容的正极电连接，所述运算放大器的正相输入端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端电连接，所述方波发生单元的输出端分别与所述第四电阻的另一端、所述第三电阻的另一端、所述第一电阻的另一端、所述第一稳压管的正极电连接，所述第一稳压管的负极与所述第二稳压管的正极电连接，所述第一电容的负极、所述第二电阻的另一端和所述第二稳压管的正极均接地。
本方案中，第一电阻、第二电阻、第四电阻以及第一电容的值共同决定了方波发生单元产生的方波信号的频率。另外，本方案中方波发生单元产生的方波信号的占空比为50％。
较佳地，所述延时单元包括缓冲门电路。本方案中，缓冲门电路的数量决定了延时信号相较于方波信号的延时时间。
本发明还提供一种测距装置，其特点在于，包括如上所述的激光脉冲信号发生电路。
本发明还提供一种激光脉冲信号发生方法，其特点在于，包括：
产生方波信号；
对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号；
对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。
较佳地，所述方波信号的占空比为50％。
较佳地，所述方波信号的频率范围为1Hz～1000KHz，所述激光脉冲信号的脉宽小于等于10纳秒。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
(1)与现有技术相比，本发明通过将原始的方波信号与经过延时的方波信号进行异或处理，进而得到激光脉冲信号，电路结构简单，便于调试；
(2)本发明的电路均为数字电路，稳定可靠；
(3)方波发生单元和延时单元的参数均可以根据需求进行调整，进而得到不同的激光脉冲信号，应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明实施例的激光脉冲信号发生电路的结构框图。
图2为本发明实施例的方波发生单元的电路图。
图3为本发明实施例的方波信号、延时信号以及激光脉冲信号的时序图。
图4为本发明实施例的激光脉冲信号发生方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
一种激光脉冲信号发生电路10，如图1所示，包括：方波发生单元11、延时单元12以及异或单元13，其中方波发生单元11的输出端分别与延时单元12的输入端、异或单元13的输入端电连接，延时单元12的输出端与异或单元13的输入端电连接。
方波发生单元11用于产生方波信号，延时单元12用于对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号，异或单元13用于对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。
进一步地，所述方波信号的占空比可以为50％。
进一步地，所述方波信号的频率范围可以为1Hz～1000KHz，所述激光脉冲信号的脉宽可以小于或等于10纳秒，其不限制本发明的保护范围。
进一步地，所述方波发生单元、所述延时单元以及所述异或单元可以均为数字电路，输出的方波信号、延时信号和激光脉冲信号均稳定可靠。
本实施例中，延时信号相较于方波信号的延时时间决定了输出的激光脉冲信号的脉宽，具体地，延时时间与激光脉冲信号的脉宽相等，因此，通过调整延时单元的延时时间即可改变激光脉冲信号的脉宽。
所述方波信号的频率决定了输出的激光脉冲信号的频率。具体地，方波信号的频率可以是激光脉冲信号的频率的一半，因此，通过调整方波发生单元输出的方波信号的频率即可改变激光脉冲信号的频率。
本实施例中的激光脉冲信号发生电路结构简单、便于调试，通过调整方波发生单元和延时单元的参数可以得到不同的激光脉冲信号，应用范围广泛。
所述方波发生单元的电路如图2所示，包括运算放大器OP1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压管D1、稳压管D2和电容C1，运算放大器OP1的反相输入端分别与电阻R4的一端和电容C1的正极电连接，运算放大器OP1的正相输入端分别与电阻R1的一端和电阻R2的一端电连接，所述方波发生单元的输出端UO分别与电阻R4的另一端、电阻R3的另一端、电阻R1的另一端、稳压管D1的正极电连接，稳压管D1的负极与稳压管D2的正极电连接，电容C1的负极、电阻R2的另一端和稳压管D2的正极均接地。
其中，方波发生单元中电阻R1、电阻R2、电阻R4以及电容C1的值共同决定了方波发生单元输出端UO的方波信号的频率，方波信号的占空比为50％。本实施例中方波发生单元的电路工作原理简单，不再赘述。
延时单元包括缓冲门电路，该缓冲门电路为德州仪器公司生产的SN74ABT125芯片，该芯片是具有三态输出的四路总线缓冲器闸。
其中，SN74ABT125芯片的数量决定了延时信号相较于方波信号的延时时间，SN74ABT125芯片的延时时间范围为1～4.9ns，用户可以根据需要的延时时间来确定SN74ABT125芯片的数量。
本实施例中方波发生单元和延时单元的电路结构简单，易于调试，稳定可靠。
本发明中的方波发生单元不限于本实施例中的电路结构，可以为其它方波发生电路，例如振荡电路和555时基电路等，还可以利用单片机编程通过单片机I/O(输入/输出)口输出方波等。
本发明中的延时单元不限于本实施例中的SN74ABT125芯片，可以为其它能够实现延时功能的电路，例如可以利用其他缓冲门电路或者延时芯片等来实现延时功能，其中，延时芯片中可以直接设定延时的时间。
本发明中的异或单元可以为任何能够实现异或功能的电路，例如可以利用异或门芯片来实现异或功能。
下面举个具体的例子来说明利用本实施例的激光脉冲信号发生电路产生激光脉冲信号的方法。
如图3所示，方波发生单元用于产生占空比为50％、频率为5KHz的方波信号A，延时单元用于对方波信号进行10ns的延时处理并输出延时信号B，异或单元用于对原始的方波信号A和经过10ns延时的延时信号B进行异或处理并输出激光脉冲信号C。
其中，输出的激光脉冲信号C的脉宽与延时单元的延时时间相等，为10ns，激光脉冲信号的频率是方波信号频率的2倍，为10KHz。
本实施例还提供一种测距装置，包括本实施例中的上述激光脉冲信号发生电路。
本实施例还提供一种激光脉冲信号发生方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤101、产生方波信号；
步骤102、进行延时处理，输出延时信号；
步骤103、进行异或处理，输出激光脉冲信号。
步骤102中具体为，对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号。步骤103中具体为，对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。
本实施例的激光脉冲信号发生方法通过将原始的方波信号与经过延时的方波信号进行异或处理，进而得到激光脉冲信号，操作简单，性能可靠。
其中，上述激光脉冲信号发生方法可以利用本实施例中的上述激光脉冲信号发生电路来实现，也可以利用其它电路来实现。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光脉冲信号发生电路，其特征在于，包括：方波发生单元、延时单元以及异或单元，
所述方波发生单元用于产生方波信号，所述延时单元用于对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号，所述异或单元用于对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。
2.如权利要求1所述的激光脉冲信号发生电路，其特征在于，所述方波信号的占空比为50％。
3.如权利要求1所述的激光脉冲信号发生电路，其特征在于，所述方波信号的频率范围为1Hz～1000KHz，所述激光脉冲信号的脉宽小于等于10纳秒。
4.如权利要求1所述的激光脉冲信号发生电路，其特征在于，所述方波发生单元、所述延时单元以及所述异或单元均为数字电路。
5.如权利要求1所述的激光脉冲信号发生电路，其特征在于，所述方波发生单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一稳压管、第二稳压管和第一电容，
所述运算放大器的反相输入端分别与所述第四电阻的一端和所述第一电容的正极电连接，所述运算放大器的正相输入端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端电连接，所述方波发生单元的输出端分别与所述第四电阻的另一端、所述第三电阻的另一端、所述第一电阻的另一端、所述第一稳压管的正极电连接，所述第一稳压管的负极与所述第二稳压管的正极电连接，所述第一电容的负极、所述第二电阻的另一端和所述第二稳压管的正极均接地。
6.如权利要求1所述的激光脉冲信号发生电路，其特征在于，所述延时单元包括缓冲门电路。
7.一种测距装置，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的激光脉冲信号发生电路。
8.一种激光脉冲信号发生方法，其特征在于，包括：
产生方波信号；
对所述方波信号进行延时处理并输出所述方波信号的延时信号；
对所述方波信号和所述延时信号进行异或处理并输出激光脉冲信号。
9.如权利要求8所述的激光脉冲信号发生方法，其特征在于，所述方波信号的占空比为50％。
10.如权利要求8所述的激光脉冲信号发生方法，其特征在于，所述方波信号的频率范围为1Hz～1000KHz，所述激光脉冲信号的脉宽小于等于10纳秒。
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