CN109541569A - 一种激光雷达apd温度补偿系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光雷达领域，一种激光雷达APD温度补偿系统包括：处理器、温度采集模块、升压模块、电压反馈模块，所述处理器与各功能模块连接，用于对各功能模块传回的数据进行处理；所述温度采集模块用于实时测量APD温度并将数据发予处理器；所述升压模块用于接收处理器指令，将供电电源提供的电压升压；所述电压反馈模块还与升压模块连接，用于测量APD实时电压并将数据发予处理器；所述处理器将实时电压与预存的理论电压比较，实时调整输出PWM信号，控制升压模块的占空比，进而控制APD的实时电压。本申请通过电路设计，解决现有技术存在的成本高，占地大，调节电压不精确的问题，具有成本低、外围电路简单，数字化调节的优点。

Description

一种激光雷达APD温度补偿系统及测量方法

技术领域

本申请涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种激光雷达APD温度补偿系统及其测量方法。

背景技术

雪崩光电二极管（APD）是一种p-n结型的光检测二极管，其应用在激光接收电路中时，利用了APD在击穿电压下载流子的雪崩倍增效应来增益、放大光电信号以提高检测的灵敏度。实际应用中环境温度的变化对APD的特性影响很大，当温度升高时， APD的击穿电压也随着上升，如果APD的工作电压(即高压)不变，APD的光电检测性能会变弱，灵敏度降低。如果要求APD工作于恒定增益， 工作电压必须能够改变，以补偿因温度和制造工艺而造成的雪崩增益变化。为此APD的应用通常伴随着针对环境温度变化的补偿。

公知的激光雷达APD温度补偿大多采用热敏电阻，用热敏电阻来做为APD电源反馈电阻，以便使APD电源电压可以随温度产生变化。这种电路需要有专用的升压电源芯片，而适用于激光测距传感器的高输出升压芯片大多采用外置MOS管，成本高昂而且占用电路板面积很大。

再者，受限于热敏电阻的温度曲线并不一定可以很完美的匹配APD的温度曲线，当温度变化时，雪崩光电二极管APD所需的电压基本随着温度一起呈线形变化，而热敏电阻的温度特性是非线性的，高温段变化快，低温段变化慢，采用热敏电阻所搭建的电路只能使得电路的等效电阻值随着温度的变化接近于线形变化，而不是线性变化，两曲线之间存在误差，所以这类电路往往会对性能做一定的妥协。而且在更换不同温度曲线的APD时，所有的电路参数必须重新设计。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一套激光雷达APD温度补偿系统，配合主控CPU/MCU的数字化解决方案，解决现有技术存在的成本高，占地大，调节电压不精确的问题，本激光雷达成本低、外围电路简单，数字化调节，调节范围广。

为达此目的，本申请采用以下技术方案：

一方面，一种激光雷达APD温度补偿系统，包括：处理器、温度采集模块、升压模块、电压反馈模块，

所述处理器与各功能模块连接，用于对各功能模块传回的数据进行处理；

所述温度采集模块用于实时测量APD温度并将数据发予处理器；

所述升压模块用于接收处理器指令，将供电电源提供的电压升压；

所述电压反馈模块还与升压模块连接，用于测量APD实时电压并将数据发予处理器；

所述处理器将APD实时温度、实时电压的比值与预存的温度、电压比值比较，实时调整输出PWM信号，控制升压模块的占空比，进而控制APD的实时电压。

在一个可能的实现方式中，所述升压模块包括MOS管、电感线圈、二极管、接地电容，所述电感线圈一端外接输入电源，另一端与二极管连接，二极管外接APD，在电感线圈与二极管之间设有第一节点，连接有MOS管，MOS管一端与处理器连接，另一端接地，在二极管与APD之间设置有第二节点，连接有电压反馈模块，在第二节点与APD之间设置有第三节点，连接有接地电容。

在一个可能的实现方式中，所述MOS管与处理器之间还设置有与处理器连接的第一电阻R1，处理器、第一电阻R1、MOS管组成PWM电路。

在一个可能的实现方式中，所述温度采集模块为处理器内置的温度传感器或外接的温度传感器或外接的热敏电阻。

在一个可能的实现方式中，所述电压反馈模块包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，所述第二电阻R2和第三电阻R3之间通过第四节点与处理器连接，所述第三电阻R3接地。

在一个可能的实现方式中，20R3≤R2≤200R3。

在一个可能的实现方式中，R2=100R3。

在一个可能的实现方式中，一种激光雷达APD的温度补偿方法，使用上述技术方案中任一所述的激光雷达APD温度补偿系统，包括如下步骤：

a、通过温度采集模块实时采集APD的温度，并将实时温度发予处理器；

b、通过电压反馈模块实时采集APD的电压，并将实时电压发予处理器；

c、所述处理器预存有APD在不同温度对应的APD理论电压值Vn，将Vt与实时温度Tt对应的Vn比较，当Vt＜Vn-M时，正向调整PWM驱动占空比；当Vt-M≤Vn≤Vt+M，保持PWM驱动占空比不变；当Kt＞Kn+M时，反向调整PWM驱动占空比。

在一个可能的实现方式中，所述的M为0.6V-2V。

在一个可能的实现方式中，所述的M为1.2V。

本申请实施例克服了现有技术的不足，避免了因为热敏电阻与APD温度曲线不匹配而牺牲部分性能，可以在整个工作温度范围内使APD工作在最佳状态。

适应范围广，当更换新的APD时，只需要在软件中录入新APD的常温电压以及温度系数即可匹配新的APD，电路不需要做任何变动。

附图说明

图1是本申请实施例1提供的激光雷达温度补偿系统的模块示意图。

图2是本申请实施例1提供的激光雷达补偿系统的电路示意图。

图中：1、处理器；2、温度采集模块；3、升压模块；4、电压反馈模块；5、APD；6、场效应管。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，一种激光雷达APD温度补偿系统，包括：处理器1、温度采集模块2、升压模块3、电压反馈模块4。

所述处理器1与各功能模块连接，用于对各功能模块传回的数据进行处理；处理器选用CPU、MCU。

所述温度采集模块2用于实时测量APD温度并将数据发予处理器1；温度采集模块2可以为外接的温度传感器、热敏电阻，也可以为处理器内置的温度传感器2。内置温度传感器2的情况下体积更小。

所述升压模块3用于接收处理器指令，将供电电源提供的电压升压；

所述电压反馈模块4还与升压模块3连接，用于测量APD实时电压并将数据发予处理器；

所述处理器1将实时电压与预存的理论电压比较，实时调整输出PWM信号，控制升压模块的占空比，进而控制APD的实时电压。具体来说，所述处理器1预存有APD在不同温度对应的APD理论电压值Vn，将实时电压Vt与实时温度Tt对应的Vn比较，当Vt＜Vn-M时，正向调整PWM驱动占空比；当Vt-M≤Vn≤Vt+M，保持PWM驱动占空比不变；当Kt＞Kn+M时，反向调整PWM驱动占空比。

如图2所示，进一步地，所述升压模块3包括MOS管Q6、电感线圈L、二极管D、接地电容C，所述电感线圈L一端外接输入电源，另一端与二极管D连接，二极管D外接APD5，在电感线圈L与二极管D之间设有第一节点，连接有MOS管Q6，MOS管Q6一端与处理器1连接，另一端接地，在二极管D与APD之间设置有第二节点，连接有电压反馈模块4，在第二节点与APD之间设置有第三节点，连接有接地电容C。

进一步地，所述MOS管6与处理器之间还设置有与处理器连接的第一电阻R1，处理器、第一电阻R1、MOS管组成PWM电路。

升压模块3工作原理为处理器1发出PWM控制信号，控制MOS管Q6开通与断开，当MOS管Q6处于开通状态时，输入电源向电路输入电压，输入电压通过电感线圈L，对电感线圈L进行充电，电感线圈L电流上升，此时二极管D反向截止，用于防止接地电容C对地放电；当MOS管Q处于断开状态时，二极管D正向导通，电感线圈L加上供电电源向接地电容C充电，向接地电容施加了电感线圈L的电压加上供电电源的电压，接地电容C两端电压升高，完成升压过程。

进一步地，所述电压反馈模块4包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，所述第二电阻R2和第三电阻R3之间通过第三节点与处理器连接，所述第三电阻R3接地。

电压反馈模块工作原理：电压反馈模块4一端与处理器1内置的ADC转换连通，另一 端与第二节点连通，用于测量接地电容C，同时也是APD的实时电压。第二电阻R2、第三电阻 R3组成一分压电路，使得处理器与电压反馈模块连通端的电压为。防止因 为APD实时电压过大损害处理器1。

进一步地，20R3≤R2≤200R3。

进一步地，R2=100R3。

若R2小于20R3，起不到分压效果，R2大于200R3，分压后的电压过小，处理器1检测不到。

本实施例激光雷达APD温度补偿系统结构简单，采用了元件都是常规部件，成本低廉，调试简单，有益于大批量生产。

本实施例处理器内集成温度传感器和AD转换器的情况下，体积较小。

一种激光雷达APD的温度补偿方法，使用激光雷达APD温度补偿系统，包括如下步骤：

a、通过温度采集模块实时采集APD的温度，并将实时温度Tt发予处理器；

b、通过电压反馈模块实时采集APD的电压，并将实时电压Vt发予处理器；

c、所述处理器预存有APD在不同温度对应的APD理论电压值Vn，将Vt与实时温度Tt对应的Vn比较，当Vt＜Vn-M时，正向调整PWM驱动占空比；当Vt-M≤Vn≤Vt+M，保持PWM驱动占空比不变；当Kt＞Kn+M时，反向调整PWM驱动占空比。

M值大，对实时电压的调节不精确，但是调节时间较短，调节难度低；M值小，对实时电压的调节较为精确，但是调节时间较长，调节难度大。

进一步地，所述的M为0.6V-2V。

进一步地，所述的M为1.2V。

这样同时满足对精度和调节时间的需求。

以上结合具体实施例描述了本申请的技术原理。这些描述只是为了解释本申请的原理，而不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其它具体实施方式，这些方式都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，包括：处理器、温度采集模块、升压模块和电压反馈模块，

所述处理器与各功能模块连接，用于对各功能模块传回的数据进行处理；

所述温度采集模块用于实时测量APD温度并将数据发予处理器；

所述升压模块用于接收处理器指令，将供电电源提供的电压升压；

所述电压反馈模块还与升压模块连接，用于测量APD实时电压并将数据发予处理器；

所述处理器将实时电压与预存的理论电压比较，实时调整输出PWM信号，控制升压模块的占空比，进而控制APD的实时电压。

2.根据权利要求1所述的激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，所述升压模块包括MOS管、电感线圈、二极管和接地电容，所述电感线圈一端外接输入电源，另一端与二极管连接，二极管外接APD，在电感线圈与二极管之间设有第一节点，连接有MOS管，MOS管一端与处理器连接，另一端接地，在二极管与APD之间设置有第二节点，连接有电压反馈模块，在第二节点与APD之间设置有第三节点，连接有接地电容。

3.根据权利要求2所述的激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，所述MOS管与处理器之间还设置有与处理器连接的第一电阻R1，处理器、第一电阻R1、MOS管组成PWM电路。

4.根据权利要求1所述的激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，所述温度采集模块为处理器内置的温度传感器或外接的温度传感器或外接的热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，所述电压反馈模块包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，所述第二电阻R2和第三电阻R3之间通过第四节点与处理器连接，所述第三电阻R3接地。

6.根据权利要求5所述的激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，20R3≤R2≤200R3。

7.根据权利要求6所述的激光雷达APD温度补偿系统，其特征在于，R2=100R3。

8.一种激光雷达APD的温度补偿方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述的激光雷达APD温度补偿系统，包括如下步骤：

a、通过温度采集模块实时采集APD的温度，并将实时温度Tt发予处理器；

b、通过电压反馈模块实时采集APD的电压，并将实时电压Vt发予处理器；

c、所述处理器预存有APD在不同温度对应的APD理论电压值Vn，将Vt与实时温度Tt对应的Vn比较，当Vt＜Vn-M时，正向调整PWM驱动占空比；当Vt-M≤Vn≤Vt+M，保持PWM驱动占空比不变；当Kt＞Kn+M时，反向调整PWM驱动占空比。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述的M为0.6V-2V。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述的M为1.2V。