CN108508429A - 用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面apd探测模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，从功能大光敏面APD激光探测模块分为温度补偿电路、APD探测器、前放电路、主放电路组成；APD探测器探测到反射回来的激光后，转换成电信号，经过前放电路使微弱的电信号进行第一级放大，输送至主放电路，主放电路使电信号进一步放大，对信号进行滤波，整形送出标准的电信号，供后续处理单元处理，当温度发生变化时，温度补偿电路通过补偿APD的高压电平，使APD始终处在理想的工作状态，通过计算激光的飞行时间和数量，以此完成对激光回波的探测；本发明提供的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，能够实现1mm光敏面的探测器灵敏度可以达到10‑8W；能够实现50米以内的10k频率激光的回波探测。

Description

用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块
技术领域
本发明涉及属于激光雷达领域，是一种用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块。
背景技术
高灵敏度大光敏面APD探测模块属于成熟的器件，在激光测距机、激光雷达等各个领域中均发挥了重大作用，但是灵敏度达到10-8W的APD探测器的光敏面一般小于0.5mm，是由于受到带宽的限制，光敏面一般情况下较小。小光敏面的光学系统在设计中较为复杂，而大光敏面APD所涉及的光学系统较为简单。本发明针对激光雷达中发射脉宽的需求通过调节发射的脉宽(大于25ns)，使得接收探测器的带宽降低。针对这种需求，采用了大光敏面(1mm)的高灵敏度APD 组件完成对发射激光的探测，满足激光雷达对接收探测器的需求。国内这种大光敏面APD一般使用于重频较低的激光测距系统中，针对高重频的激光雷达上采用大光敏面的探测器还未见报道。
本申请方案采用大光敏面(1mm)、高灵敏度(-50dBm)的APD模块能够在高重频激光雷达中准确探测激光回波信号，完成激光雷达对目标的探测。高灵敏度大光敏面APD探测模块还没有应用于高重频激光雷达的探测领域，而采用小光敏面的APD组件所设计的光学系统较为复杂。因此采用大光敏面APD探测模块将大大降低激光接收的光学系统。能够完成对激光回波的探测。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，采用大光敏敏APD激光探测模块来探测高重频激光雷达的激光回波信号，其中，具体技术方案为：
从功能大光敏面APD激光探测模块分为温度补偿电路、APD探测器、前放电路、主放电路组成；APD探测器探测到反射回来的激光后，转换成电信号，经过前放电路使微弱的电信号进行第一级放大，输送至主放电路，主放电路使电信号进一步放大，对信号进行滤波，整形送出标准的电信号，供后续处理单元处理，当温度发生变化时，温度补偿电路通过补偿APD的高压电平，使APD始终处在理想的工作状态，通过计算激光的飞行时间和数量，以此完成对激光回波的探测。
上述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其中：温度补偿电路，采用温度补偿雪崩管偏压技术，使雪崩管的偏置电压随环境温度的变化而改变，保持整个接收信道的信噪比处于比较理想的状态。
上述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其中：APD 激光探测器，其响应频段为400～1100nm，电路设计时需要增加噪声抑制和增益控制电路，提高检测灵敏度。
上述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其中：前放电路，前放电路的主要功能是把APD输出的微小光电流转变成一个可测量的差分电压，通过直流消除电路滤除光电电流的直流部分，给出一个真正的差分电压，这样信号的接收部分就不再受直流背景光的影响，而且减少了脉冲宽度的畸变。
上述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其中：主放电路，它的主要功能将前置放大器输出的比较小的差分电压转变成所需要的标准的TTL电平，主放电路由一系列连续的放大器组成，对前端的信号进行连续的、高增益的电压放大，直到达到所要求的信号幅值。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：采用高重频激光器发射，高灵敏度大光敏面APD探测器探测激光回波信号来完成对激光信号的探测，整个激光雷达设计的系统具有结构小巧，功耗低，且成本较低；1) 能够实现1mm光敏面的探测器灵敏度可以达到10- 8W；2)能够实现50米以内的10k频率激光的回波探测。
附图说明
图1为用于APD激光探测模块的功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供了一种用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，采用高重频激光器发射，高灵敏度大光敏面APD探测器探测激光回波信号来完成对激光信号的探测。APD激光探测模块是整个激光雷达系统的重点，也是难点。整个激光雷达设计的系统具有结构小巧，功耗低，且成本较低。
从功能大光敏面APD激光探测模块分为：温度补偿电路、APD探测器、前放电路、主放电路组成。APD探测器探测到反射回来的激光后，转换成电信号，经过前放电路使微弱的电信号进行第一级放大(根据需要也可以进行二级放大，本专利中由于灵敏度高，因此采用一级放大形式)，输送至主放电路，主放电路使电信号进一步放大，对信号进行滤波，整形送出标准的电信号，供后续处理单元处理。当温度发生变化时，温度补偿电路通过补偿APD的高压电平，使APD始终处在理想的工作状态。通过计算激光的飞行时间和数量。以此完成对激光回波的探测。系统的功能框图如图 1所示。
下面介绍各个单元的主要功能与组成：
1)温度补偿电路
采用温度补偿雪崩管偏压技术，可使雪崩管的偏置电压随环境温度的变化而改变，保持整个接收信道的信噪比处于比较理想的状态。
2)APD激光探测器
APD激光探测器采用国内成熟的器件，其响应频段为400～1100nm。电路设计时需要增加噪声抑制和增益控制电路，提高检测灵敏度。
3)前放电路
前置放大电路的主要功能是把APD输出的微小光电流转变成一个可测量的差分电压。通过直流消除电路滤除光电电流的直流部分，给出一个真正的差分电压，这样信号的接收部分就不再受直流背景光的影响，而且减少了脉冲宽度的畸变。
4)主放电路
它的主要功能将前置放大器输出的比较小的差分电压转变成所需要的标准的TTL电平，它主要是由一系列连续的放大器组成，对前端的信号进行连续的、高增益的电压放大，直到达到所要求的信号幅值。
APD激光探测模块的工作流程如下：
1、系统自检，在工作前，对APD激光探测模块进行自检，若自检异常，则给出故障指示，提供报警信息。
2、APD激光探测模块接收到激光信号。
3、进行光电转换，使激光信号转换成电信号。
4、前放电路将电信号进行放大。
5、主放电路将电信号进一步放大，输出标准的电信号。
6、当周围温度发生变化时，超过APD要求的自身温度时，温度补偿电路开始工作，使APD的工作电压始终去匹配所在的温度，使APD组件始终工作在理想的状态。
7、配合其他电路计算目标的距离信息和数量信息。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其特征在于：从功能大光敏面APD激光探测模块分为温度补偿电路、APD探测器、前放电路、主放电路组成；APD探测器探测到反射回来的激光后，转换成电信号，经过前放电路使微弱的电信号进行第一级放大，输送至主放电路，主放电路使电信号进一步放大，对信号进行滤波，整形送出标准的电信号，供后续处理单元处理，当温度发生变化时，温度补偿电路通过补偿APD的高压电平，使APD始终处在理想的工作状态，通过计算激光的飞行时间和数量，以此完成对激光回波的探测。
2.如权利要求1所述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其特征在于：温度补偿电路，采用温度补偿雪崩管偏压技术，使雪崩管的偏置电压随环境温度的变化而改变，保持整个接收信道的信噪比处于比较理想的状态。
3.如权利要求2所述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其特征在于：APD激光探测器，其响应频段为400～1100nm，电路设计时需要增加噪声抑制和增益控制电路，提高检测灵敏度。
4.如权利要求3所述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其特征在于：前放电路，前放电路的主要功能是把APD输出的微小光电流转变成一个可测量的差分电压，通过直流消除电路滤除光电电流的直流部分，给出一个真正的差分电压，这样信号的接收部分就不再受直流背景光的影响，而且减少了脉冲宽度的畸变。
5.如权利要求3所述的用在激光雷达中的高灵敏度大光敏面APD探测模块，其特征在于：主放电路，它的主要功能将前置放大器输出的比较小的差分电压转变成所需要的标准的TTL电平，主放电路由一系列连续的放大器组成，对前端的信号进行连续的、高增益的电压放大，直到达到所要求的信号幅值。
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