CN107817485A - 高速抗饱和放大电路以及安装有该电路的激光雷达和汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速抗饱和放大电路以及安装有该电路的激光雷达和安全驾驶系统的汽车。所述高速抗饱和放大电路包括：前置跨阻抗放大电路；固定增益主放大电路；固定阈值比较器整形电路；以及隔直流钳位电路，其中，所述前置跨阻抗放大电路与所述固定增益主放大电路电连接，所述固定增益主放大电路与固定阈值比较器整形电路电连接，在每一级合适位置串行增加该隔直流钳位电路。

Description

高速抗饱和放大电路以及安装有该电路的激光雷达和汽车
技术领域
本发明涉及一种光电信号放大电路，特别是涉及一种具有固定增益的高速抗饱和放大电路。
背景技术
激光雷达广泛用于测量目标物体与其他物体之间的距离、以及其他物体相对于目标物体之间的速度，例如行驶中的汽车与周围障碍物之间的距离和相对速度。
以市场上主流的非扫描式激光雷达为例，简单介绍激光雷达放大电路的工作过程。如图1所示，非扫描式放大电路100包括前置放大电路101、可调增益放大电路102、整形电路103和峰值保持电路104。光电二极管APD探测到回波能量并转换成电流信号，先经过前置放大电路，然后经过可调增益电路，再经过峰值保持电路得到电压值传给处理器，处理器形成闭环再去控制可调增益电路的增益，最后到整形电路，整形的信号传给计时模块，计时模块准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。
鉴于光速是已知的，测量出的传播时间即可被转换为对距离的测量。在前向防撞实际应用中，主要信息的是相对距离的变化，对绝对距离的要求并不高。
而在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：为了使绝对距离更加精确采用的电路复杂，芯片众多，价格昂贵，测距距离不够远。
发明内容
鉴于现有技术的问题，本发明提供了一种具有固定增益的高速抗饱和放大电路，不仅能够减少激光雷达的成本，而且，能够提高激光雷达的反应灵敏度。
根据本发明的一个实施例，本发明提供一种高速抗饱和放大电路，所述高速抗饱和放大电路包括：前置跨阻抗放大电路，用于对光电二极管APD接收的信号进行放大；固定增益主放大电路，用于对所述前置跨阻抗放大电路输出的信号以固定增益的方式进行放大；以及；固定阈值比较器整形电路，用于对通过所述固定增益主放大电路输入的信号与一固定阈值进行比较，并产生通过整形的比较结果；其中，所述前置跨阻抗放大电路与所述固定增益主放大电路电连接，所述固定增益主放大电路与固定阈值比较器整形电路电连接，在每一级合适位置串行增加该隔直流钳位电路。
在本发明的一个实施例中，在所述固定增益前置跨阻抗放大电路与所述固定增益主放大电路之间通过所述隔直流钳位电路串联连接。
在本发明的一个实施例中，在所述固定增益主放大电路与所述固定阈值比较器整形电路之间还串联连接另一所述隔直流钳位电路。
在本发明的一个实施例中，高速抗饱和放大电路还包括计时器，与所述固定阈值比较器整形电路连接，通过对固定阈值比较器整形电路输出的信号进行计时，以产生一计时信号，用于后续的测距处理。
在本发明的一个实施例中，所述前置跨阻抗放大电路为固定增益的前置跨阻抗放大电路，用于对雪崩光电二极管APD接收的信号以固定增益的方式进行放大。
根据本发明的一个实施例，提供一种激光雷达，所述激光雷达安装有上述高速抗饱和放大电路。
根据本发明的一个实施例，提供了一种车辆，所述车辆安装有上述激光雷达。
根据本发明的一个实施例，提供了一种车辆，所述车辆为乘用车辆或公务车辆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是显示传统的非扫描式放大电路100的电路图。
图2是显示本发明的一个实施例的高速抗饱和放大电路200的示意图。
图3是显示本发明的另一个实施例的高速抗饱和放大电路图300的示意图。
图4是显示本发明的另一个实施例的高速抗饱和放大电路图400的示意图。
图5是显示本发明的一个实施例的隔直流钳位电路500的电路图。
图6是显示本发明的一个实施例的包含高速抗饱和放大电路图的激光雷达600的示意图。
图7是显示本发明的一个实施例的包含激光雷达的汽车。
下文特举实施例，并配合所附图示，详细说明本发明内容。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。本发明的保护范围应依照权利要求书界定。
为了减少雷达(例如激光雷达)的成本，本发明的实施例提供了一种具有固定增益的高速抗饱和放大电路。本发明由于省略了可调增益放大电路，而直接采用固定增益主放大电路，不仅能够避免增益调节所花费的时间，提高反应灵敏度，而且，还可避免增益调节失当产生自激现象而导致激光雷达失灵的风险。
通常来说，为了让从APD输出的信号能够进行放大，以便适应放大器的输入动态范围，需要对放大器进行自动调节，而采用可调增益放大电路。由于放大电路的增益需要随着实际的输入信号进行调节，往往会造成时间上的延迟，影响高速行使的汽车对障碍物的反应灵敏度。另外，采用可调增益放大电路也会无形中增加成本。
本发明突破了传统的设计思想，大胆采用了在前置跨阻抗放大电路、固定增益主放大电路、固定阈值比较器整形电路中的合适位置串行增加隔直流钳位电路，使得本发明不仅相对于传统的电路，提高了灵敏度，而且节约了电路设计的成本。
参照图2，图2是本发明的一个实施例的高速抗饱和放大电路的示意图。在本发明的此实施例中，高速抗饱和放大电路200包括：前置跨阻抗放大电路201、固定增益主放大电路202、固定阈值比较器整形电路203、隔直流钳位电路204。前置跨阻抗放大电路201，用于对光电二极管APD接收的信号进行放大。隔直流钳位电路204，串接在前置跨阻抗放大电路201和固定增益主放大电路202之间，用于对前置跨阻抗放大电路201的输出信号进行隔直流钳位，其在阻挡直流通过的同时，对通过的交流脉冲信号进行电压钳位。固定增益主放大电路202，其耦接隔直流钳位电路204，用于对通过隔直流钳位电路204进行隔直钳位处理的输出信号以固定增益的方式进行放大。固定阈值比较器整形电路203，用于对通过所述固定增益主放大电路输入的信号与一固定阈值进行比较，并产生通过整形的比较结果。
在本发明的一个实施例中，所述前置跨阻抗放大电路可以采用一般的不对增益进行限定的跨阻抗放大电路，也可将所述前置跨阻抗放大电路限定为固定增益的前置跨阻抗放大电路(未图示)，用于对雪崩光电二极管APD接收的信号以固定增益的方式进行放大。
参照图3，图3是显示本发明的另一个实施例的高速抗饱和放大电路300的示意图。在此实施例中，高速抗饱和放大电路300包括：前置跨阻抗放大电路301、隔直流钳位电路304、固定增益主放大电路302、固定阈值比较器整形电路303、隔直流钳位电路305。前置跨阻抗放大电路301，用于对光电二极管APD接收的信号进行放大。隔直流钳位电路304，串接在前置跨阻抗放大电路301和固定增益主放大电路302之间，用于对前置跨阻抗放大电路301的输出信号进行隔直流钳位，其在阻挡直流通过的同时，对通过的交流脉冲信号进行电压钳位。固定增益主放大电路302，其耦接隔直流钳位电路304，用于对通过隔直流钳位电路304进行隔直钳位处理的输出信号以固定增益的方式进行放大。隔直流钳位电路305，耦接于固定增益主放大电路302与固定阈值比较器整形电路303之间，用于对固定增益主放大电路302的输出信号进行隔直流钳位。固定阈值比较器整形电路303，耦接于隔直流钳位电路305，用于对经过隔直流钳位电路305隔直流和钳位后的信号与一固定阈值进行比较，并产生通过整形的比较结果。
参照图4，图4是显示本发明的另一个实施例的高速抗饱和放大电路图400的示意图。
在此实施例中，高速抗饱和放大电路400包括：前置跨阻抗放大电路401、隔直流钳位电路404、固定增益主放大电路402、固定阈值比较器整形电路403、隔直流钳位电路405和计时器406。前置跨阻抗放大电路401，用于对光电二极管APD接收的信号进行放大。隔直流钳位电路404，串接在前置跨阻抗放大电路401和固定增益主放大电路402之间，用于对前置跨阻抗放大电路401的输出信号进行隔直流钳位，其在阻挡直流通过的同时，对通过的交流脉冲信号进行电压钳位。固定增益主放大电路402，其耦接隔直流钳位电路404，用于对通过隔直流钳位电路404进行隔直钳位处理的输出信号以固定增益的方式进行放大。隔直流钳位电路405，耦接于固定增益主放大电路402与固定阈值比较器整形电路403之间，用于对固定增益主放大电路302的输出信号进行隔直流钳位。固定阈值比较器整形电路403，耦接于隔直流钳位电路405，用于对经过隔直流钳位电路405隔直流和钳位后的信号与一固定阈值进行比较，并产生通过整形的比较结果。计时器406，耦接于固定阈值比较器整形电路，通过对固定阈值比较器整形电路403输出的信号进行计时，以产生一计时信号，用于后续的测距处理。
在上述图2和图3的示意图中，也可包含计时器电路(未示出)。
图5是显示本发明的一个实施例的隔直流钳位电路500的电路图。
在此实施例中，所述隔直流钳位电路500包括电容C、电阻R和钳位二极管D。其中，电阻R和钳位二极管D可以并联，再与电容C串联。其中电容C起到隔离直流，而只让交流脉冲通过的作用。而所述钳位二极管D，则将最高电平钳位在一定的水平。
另外，根据本发明的实施例，所述隔直流钳位电路的具体连接关系，还可以根据具体的电路，进行等效的变更。其中，钳位二极管的个数也可以是n个。其中，n为大于1的正整数。
图6是显示本发明的一个实施例的包含高速抗饱和放大电路图的激光雷达600的示意图。
在本发明的此实施例中，激光雷达600包含抗饱和钳位放大电路601。其中抗饱和钳位放大电路601可以采用上述的图2-图4中的任何一种电路实现。
图7是显示本发明的一个实施例的包含前向激光雷达701的汽车700。
其中，所述前向激光雷达701可以采用上述的图2-图4中的任何一种电路实现的抗饱和钳位放大电路。
在本发明的此实施例中，所述汽车可以是乘用车辆或公务车辆，如家用轿车或者运动跑车等等，还可以是任何能够移动的交通工具。
由于在前向防撞实际应用中，主要的信息是相对距离的变化，对绝对距离的要求并不高。
本发明的各个实施例能够通过减小对绝对距离精度的要求，而进一步提高对相对距离变化的精度，去掉了复杂的电路，使电路成本将为原来的三分之一。使得采购激光雷达的开销降低，有益于该激光雷达的市场推广。
而且，本发明的上述各个实施例，省略传统激光雷达的可调增益放大电路，不仅能够减少激光雷达的成本，而且还通过直接采用固定增益前置跨阻抗放大电路和固定增益主放大电路，进一步避免增益调节所花费的时间，提高反应灵敏度，同时，还可避免增益调节失当产生自激现象，导致激光雷达失灵的风险。
综上所述，虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以所附权利要求书界定范围为准。

Claims (9)

1.一种高速抗饱和放大电路，其特征在于，所述高速抗饱和放大电路还包括：
前置跨阻抗放大电路，用于对光电二极管APD接收的信号进行放大；
固定增益主放大电路，用于对所述前置跨阻抗放大电路输出的信号以固定增益的方式进行放大；以及
固定阈值比较器整形电路，用于对通过所述固定增益主放大电路输入的信号与一固定阈值进行比较，并产生通过整形的比较结果，
其中，所述前置跨阻抗放大电路与所述固定增益主放大电路电连接，所述固定增益主放大电路与固定阈值比较器整形电路电连接，在每一级合适位置串行增加隔直流钳位电路。
2.如权利要求1所述的高速抗饱和放大电路，其特征在于，在所述前置跨阻抗放大电路与所述固定增益主放大电路之间通过所述隔直流钳位电路串联连接。
3.如权利要求2所述的高速抗饱和放大电路，其特征在于，在所述固定增益主放大电路与所述固定阈值比较器整形电路之间还串联连接另一所述隔直流钳位电路。
4.如权利要求1、2或3所述的高速抗饱和放大电路，其特征在于，所述前置跨阻抗放大电路为固定增益的前置跨阻抗放大电路，用于对雪崩光电二极管APD接收的信号以固定增益的方式进行放大。
5.如权利要求1、2或3所述的高速抗饱和放大电路，其特征在于，还包括计时器，与该所述固定阈值比较器整形电路连接，通过对该固定阈值比较器整形电路输出的信号进行计时，以产生一计时信号，用于后续的测距处理。
6.如权利要求4所述的高速抗饱和放大电路，其特征在于，还包括计时器，与该所述固定阈值比较器整形电路连接，通过对该固定阈值比较器整形电路输出的信号进行计时，以产生一计时信号，用于后续的测距处理。
7.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达安装有如权利要求1-6中任一项所述的高速抗饱和放大电路。
8.一种车辆，其特征在于，所述车辆安装有如权利要求7所述的激光雷达。
9.如权利要求8所述的车辆，其中，所述车辆为乘用车辆或公务车辆。
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