CN109901437A - 一种多路光电转换模块的控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于激光雷达领域的多路光电转换模块的控制装置及控制方法。控制装置包括：处理器和驱动器；处理器，用于输出脉冲供电信号；驱动器，用于接收脉冲供电信号并输出控制光电转换模块工作状态的驱动信号；处理器上的N个输出端分别与N个驱动器的N个输入端一一对应连接；N个驱动器的N个输出端分别与N路光电转换模块的N路电源端一一对应连接。本发明通过时序上的脉冲供电方式，能够确保同一时刻只有一路光电转换模块处于工作状态，并将多路分时信号复用至相同输出总线，从而实现了对多路信号的分时复用，有效提高了的频带利用率和电信号传递速度、降低了延迟，并且不需要在光电转换模块后端加入多路选通器，从而有效降低了体积。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种多路光电转换模块的控制装置及控制方法。
背景技术
激光雷达通过激光发射器发射激光，接收激光的回波光信号并进行处理以实现获取目标的参数信息。多线激光雷达是激光雷达的一种，多线激光雷达可以实现更大视场角的扫描，从而实现三维测距。因此多线激光雷达需要搭建多路的光电转换模块，以实现接收更大视场角的回波光信号。但是多线激光雷达通常采用极高的发光频率，因此多线激光雷达的数据量非常庞大。此外，由于激光雷达探测的时间精度都在皮秒量级，因此其对于信号的传递速度要求极高。
现有技术中，多线激光雷达的多路光电转换模块分别采用单独的物理电性连接至多路选通器，并经过选通后将信号发送至后级处理器，从而能够达到多路传输的目的。但是，采用上述的连接方式，提高了多线激光雷达的功耗，降低了多线激光雷达的频带利用率，单独的物理电性连接导致多线激光雷达系统存在延迟，且体积较大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多路光电转换模块的控制装置及控制方法。通过多路光电转换模块实现对外部激光信号的接收及传递，通过所述控制装置实现对多路光电转换模块输出的信号进行分时，并复用至同一输出总线，输出总线将分时信号送至后级处理器，实现对激光信号的时刻鉴别，从而计算出激光的渡越时间，进而计算输出距离信息。由此实现激光雷达的测距功能。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种多路光电转换模块的控制装置，包括：处理器和驱动器；
所述处理器，用于输出脉冲供电信号；
所述驱动器，用于接收脉冲供电信号，并输出控制光电转换模块工作状态的驱动信号；
所述处理器上的N个输出端分别与N个所述驱动器的N个输入端一一对应连接；N个所述驱动器的N个输出端分别与N路光电转换模块的N路电源端一一对应连接。
进一步地，所述处理器为FPGA芯片，所述驱动器为多路反相器；
每一个所述多路反相器上的M个输入端分别与所述FPGA芯片上的M个I/O引脚一一对应连接，M个输出端分别与M路光电转换模块的M个电源端一一对应连接。
进一步地，每一路的光电转换模块，包括：
前级放大电路，用于将外部激光信号转化成电信号；
次级放大电路，用于对电信号进行放大；
所述前级放大电路的输出端与所述次级放大电路的输入端相连接。
进一步地，所述多路反相器的输出端与所述前级放大电路的电源端相连接；所述次级放大电路的电源端连接直流电源。可选地，所述多路反相器的输出端与所述次级放大电路的电源端相连接；所述前级放大电路的电源端连接直流电源。
另一方面，本发明提供了一种多路光电转换模块的控制方法，包括：
采用脉冲供电的方式控制多路光电转换模块的电源端，以使多路光电转换模块分时输出电信号；
将多路光电转换模块分时输出的电信号通过同一个输出总线向外部输出。
进一步地，每一路的所述光电转换模块，包括：
前级放大电路，用于将光信号转化成电信号并发送电信号至次级放大电路；
次级放大电路，用于接收前级放大电路发送的电信号并将所述电信号进行放大并输出放大后的电信号；
所述前级放大电路的输入端与外部输出端相连接，其输出端与所述次级放大电路的输入端相连接；所述次级放大电路的输出端与输出总线相连接。
进一步地，所述前级放大电路的电源采用脉冲供电的方式，所述次级放大电路的电源采用直流供电的方式。可选地，所述前级放大电路的电源采用直流供电的方式，所述次级放大电路的电源采用脉冲供电的方式。
进一步地，将多路光电转换模块分时输出的电信号耦合至同一个输出总线并向外部输出。
由上述技术方案可知，本发明实施例所述的一种多路光电转换模块的控制装置及控制方法，能够确保同一时刻只有一路光电转换模块处于工作状态，实现了输出总线对多路信号的分时复用，从而有效降低多线激光雷达的功耗，有效提高了的系统的频带利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制装置中分时复用的时序图；
图3是本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制装置中脉冲供电连接前级放大电路的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制装置中脉冲供电连接次级放大电路的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制方法流程示意图；
图6是本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制方法中分时复用的时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种多路光电转换模块的控制装置，参见图1，该控制装置包括：处理器10和驱动器20；
所述处理器10，用于输出脉冲供电信号；
所述驱动器20，用于接收脉冲供电信号，并输出控制光电转换模块工作状态的驱动信号；
所述处理器10上的N个输出端分别与N个所述驱动器20的N个输入端一一对应连接；N个所述驱动器20的N个输出端分别与N路光电转换模块的N路电源端一一对应连接。
在具体应用时，处理器10为FPGA芯片，驱动器20为多路反相器；
每一个所述多路反相器上的M个输入端分别与所述FPGA芯片上的M个I/O引脚一一对应连接，M个输出端分别与M路光电转换模块的M个电源端一一对应连接。每一路光电转换模块的供电端均与一多路反相器上的一路输出端相连接；其中，一个多路反相器的M个输出端分别与M路光电转换模块的供电端相连接，多路光电转换模块对应多个多路反相器。多个多路反相器中每一个反相器的M个输入端均与FPGA芯片上的M个I/O接口相连接。参见图2，FPGA芯片的输出信号控制多个多路反相器的输出端，多个多路反相器的输出信号用于控制多路光电转换模块的供电端，使多路光电转换模块输出的多个电信号实现分时输出的目的。多路光电转换模块的输出端共同接入到同一输出总线上。在时序上确保同一时刻只有一路有信号输出。由此实现多路信号的分时复用。
采用FPGA芯片控制多路反相器分时输出脉冲供电信号的方式，一方面可以将FPGA芯片与后级电路隔离，起到保护FPGA的作用，另外一方面还可以避免FPGA芯片自身驱动能力不够的情况。FPGA芯片作为处理器，其可控I/O引脚较多，可以与多个多路反相器的输入端相连接，通过FPGA芯片控制多个多路反相器的输出电平，实现对多路光电转换模块的时序控制。多路反相器将FPGA芯片的I/O接口输出的信号的相位反转180度，输出具有相同占空比、等相位间隔的脉冲信号，并将反转后的脉冲信号传输至与其相连的光电转换模块，实现对不同路光电转换模组的驱动。
上述实施例中，每一路的光电转换模块，包括：
前级放大电路，用于将外部激光信号转化成电信号；
次级放大电路，用于对电信号进行放大；
所述前级放大电路的输出端与所述次级放大电路的输入端相连接。
根据光电转换模块的具体电路结构，选取相应的不同的控制方式，参见图3，一种控制方式为：
多路所述前级放大电路的电源采用脉冲供电的方式，多路所述次级放大电路的电源采用直流供电的方式。其中，采用直流供电的方式的多路所述次级放大电路始终处于工作状态。
脉冲供电信号对第一路的前级放大电路进行供电，脉冲高电平使前级放大电路的供电端则处于高电平，则前级放大电路正常工作。前级放大电路对光信号进行转换，其输出的电信号经过次级放大电路放大后传输至输出总线。与此同时，其他各路的前级放大电路的供电端则处于低电平，使其他各路的前级放大电路处于非工作状态，因而无信号传输至总线。随后脉冲信号对第二路的前级放大电路进行供电，同时第一路和其他各路的前级放大电路的供电端处于低电平，处于非工作状态，由此实现第二路的电信号的传输。以此类推，实现多路光电转换模块分时输出信号，各路信号在物理上通过线与直连的方式完成复用。这种基于脉冲供电及线与直连的工作模式，将分时信号复用至同一输出总线上，从而有效提高了频带利用率。
参见图4，另一种控制方式为：
多路所述前级放大电路的电源采用直流供电的方式，多路所述次级放大电路的电源采用脉冲供电的方式。其中，采用直流供电的方式的多路所述前级放大电路始终处于工作状态。
脉冲供电信号对第一路的次级放大电路进行供电，脉冲高电平使次级放大电路的供电端则处于高电平，则次级放大电路正常工作。次级放大电路对前级放大电路输出的电信号进行放大后传输至输出总线。与此同时，其他各路的次级放大电路的供电端则处于低电平，使其他路的次级放大电路处于非工作状态，因而无信号传输至总线。随后脉冲信号对第二路的次级放大电路进行供电，同时第一路和其他各路的次级放大电路的供电端处于低电平，处于非工作状态，由此实现第二路的电信号的传输。以此类推，完成分时复用。这种基于脉冲供电及线与直连的工作模式，将分时信号复用至同一输出总线上，从而有效提高了频带利用率。
由上述技术方案可知，本发明所述一种多路光电转换模块的控制装置，采用脉冲供电的控制方法，能够确保同一时刻只有一路光电转换模块处于工作状态，从而有效降低整机功耗，且实现了多路信号的分时复用，因此有效提高了的频带利用率；采用线与直连的连接方式，因而其信号传递速度快，系统延迟低；采用脉冲供电的控制方法及线与直连的连接方式，因而不需要在多路光电转换模块后端加入多路选通器，从而有效节约了器件资源。
本发明实施例提供一种多线激光雷达，包括：多路光电转换模块、激光发射模块、输出总线模块、主控模块和上述实施例中的多路光电转换模块的控制装置；其中，多个光电转换模块组成多路光电转换模块。
所述激光发射模块，用于向待测物体发射激光脉冲信号。
所述光电转换模块，其输入端接收待测物体反射的激光回波信号，输出端与输出总线相连，供电端与多路光电转换模块的控制装置相连，用于接收待测物体反射的回波信号，并将接收的回波信号转换成电信号输出。
所述多路光电转换模块，是多个完全相同的光电转换模块，输入端为外部激光信号，多路光电转换模块的输出端连接到相同的输出总线，多路光电转换模块的供电端与多路脉冲供电信号生成模块的输出端一一对应连接。用于接收多路待测物体反射的激光回波信号，并将上述回波信号转换成电信号送入输出总线。
所述多路光电转换模块的控制装置，其多路输出端与多路光电转换模块的供电端一一对应连接，用于生成多路光电转换模块的脉冲供电信号。
所述输出总线模块，输入端与多路光电转换模块的输出端相连接，输出端与主控模块相连接，用于将多路光电转换模块输出的多路信号耦合至一条传输线并输出至主控模块。
所述多路光电转换模块的多个输出端与输出总线模块采用线与直连的方式连接。
所述主控模块，输入端与输出总线相连，输出端为待测物体的距离信息，用于计算并处理多路光电转换模块输出的电信号，并得到待测目标的距离信息。
本发明实施例提供了一种多路光电转换模块的控制方法，参见图5，该控制方法具体包括如下步骤：
S101：采用脉冲供电的方式控制多路光电转换模块的电源端，以使多路光电转换模块分时输出电信号；
在本步骤中，光电转换模块用于将外部光信号转换为电信号并输出该电信号至信号处理端，当有n个光电转换模块时，通过采用脉冲供电的方式控制n个光电转换模块的n个供电端，达到控制n个光电转换模块是否处于工作状态，以使n个光电转换模块输出的n个电信号进行分时传输；其中，若一个光电转换模块的供电端为高电平，则n-1个光电转换模块的供电端为低电平。供电端处于高电平状态的光电转换模块处于工作状态，可以将转换的电信号进行输出；供电端处于低电平的光电转换模块处于非工作状态，无法输出电信号。控制n个光电转换模块的供电端，轮流使n个光电转换模块的供电端为高电平，则实现n个光电转换模块的分时输出。
S102：将多路光电转换模块分时输出的电信号通过同一个输出总线向外部输出。
在本步骤中，采用线与直连的连接方式将n个光电转换模块输出的n个电信号耦合至同一个输出总线当中，根据步骤S101中对n个光电转换模块的输出控制，以使得n个光电转换模块输出的n个电信号分时复用至输出总线的目的。输出总线将n个电信号耦合至信号处理端。
从上述描述可知，本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制方法，能够确保同一时刻只有一路光电转换模块处于工作状态，实现了总线对多路信号的分时复用，从而有效降低多线激光雷达的功耗，有效提高了的频带利用率；采用线与直连的连接方式，提高了电信号传递速度、降低了延迟，并且不需要在光电转换模块后端加入多路选通器，从而有效降低了多线激光雷达的体积。
在上述实施例具体实施过程中，每一路的光电转换模块，包括：
前级放大电路，用于将外部激光信号转化成电信号并发送电信号至次级放大电路；
次级放大电路，用于接收前级放大电路发送的电信号并将所述电信号进行放大并输出放大后的电信号；
所述前级放大电路的输入端与外部输出端相连接，其输出端与所述次级放大电路的输入端相连接；所述次级放大电路的输出端与输出总线相连接。
根据光电转换模块的具体电路结构，选取相应的不同的控制方式，一种控制方式为：
参见图3及图6，多路所述前级放大电路的电源采用脉冲供电的方式，多路所述次级放大电路的电源采用直流供电的方式。其中，采用直流供电的方式的多路所述次级放大电路始终处于工作状态。
在T11时刻至T12时刻期间，脉冲供电信号对第一路的前级放大电路进行供电，脉冲高电平使前级放大电路的供电端则处于高电平，则前级放大电路正常工作。前级放大电路对光信号进行转换，其输出的电信号经过次级放大电路放大后传输至输出总线。与此同时，其他各路的前级放大电路的供电端则处于低电平，使前级放大电路处于非工作状态，因而无信号传输至总线。同理，在T21时刻至T22时刻期间，随后脉冲信号对第二路的前级放大电路进行供电，同时第一路和其他各路的前级放大电路的供电端处于低电平，处于非工作状态，由此实现第二路的电信号的传输。以此类推，多路信号在物理上通过线与的方式完成分时复用。这种基于脉冲供电及线与的工作模式，将分时信号复用至同一输出总线上，从而有效提高了频带利用率。
另一种控制方式为：
参见图4及图6，多路所述前级放大电路的电源采用直流供电的方式，多路所述次级放大电路的电源采用脉冲供电的方式。其中，采用直流供电的方式的多路所述前级放大电路始终处于工作状态。
在T11时刻至T12时刻期间，脉冲供电信号对第一路的次级放大电路进行供电，脉冲高电平使次级放大电路的供电端则处于高电平，则次级放大电路正常工作。次级放大电路接收前级放大电路输出的电信号，对其进行放大并传输至输出总线。与此同时，其他各路的次级放大电路的供电端则处于低电平，使其次级放大电路处于非工作状态，因而无信号传输至输出总线。同理，在T21时刻至T22时刻期间，随后脉冲信号对第二路的次级放大电路进行供电，同时第一路和其他各路的次级放大电路的供电端处于低电平，处于非工作状态，由此实现第二路的电信号的传输。以此类推，完成分时复用。这种基于脉冲供电及线与直连的工作模式，将分时信号复用至同一输出总线上，从而有效提高了频带利用率。
从上述描述可知，本发明实施例提供的一种多路光电转换模块的控制方法，基于脉冲供电，能够确保同一时刻只有一路光电转换模块处于工作状态，从而有效降低整机功耗，实现了多路信号的分时复用，因此有效提高了的频带利用率；采用线与直连的连接方式，因而其信号传递速度快，系统延迟低；采用线与直连的连接方式，因而不需要在光电转换模组后端加入多路选通器，从而有效节约了资源。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。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。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种应用于激光雷达领域的多路光电转换模块的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：处理器、驱动器和N路光电转换模块；
所述处理器，用于输出脉冲供电信号；
所述驱动器，用于接收脉冲供电信号，并输出控制光电转换模块工作状态的驱动信号；
所述处理器上的N个输出端分别与N个所述驱动器的N个输入端一一对应连接；N个所述驱动器的N个输出端分别与N路光电转换模块的N路电源端一一对应连接；
所述N路光电转换模块的输出端连接至同一个输出总线并向外部输出。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，每一路的光电转换模块，包括：
前级放大电路，用于将外部激光信号转化成电信号；
次级放大电路，用于对电信号进行放大；
所述前级放大电路的输出端与所述次级放大电路的输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述多路反相器的输出端与所述前级放大电路的电源端相连接；所述次级放大电路的电源端连接直流电源。
4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述多路反相器的输出端与所述次级放大电路的电源端相连接；所述前级放大电路的电源端连接直流电源。
5.一种多路光电转换模块的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
采用脉冲供电的方式控制多路光电转换模块的电源端，以使多路光电转换模块分时输出电信号；
将多路光电转换模块分时输出的电信号连接至同一个输出总线向外部输出。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，每一路的所述光电转换模块，包括：
前级放大电路，用于将外部激光信号转化成电信号并发送电信号至次级放大电路；
次级放大电路，用于接收前级放大电路发送的电信号并将所述电信号进行放大并输出放大后的电信号；
所述前级放大电路的输入端与外部输出端相连接，其输出端与所述次级放大电路的输入端相连接；所述次级放大电路的输出端与输出总线相连接。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述前级放大电路的电源采用脉冲供电的方式，所述次级放大电路的电源采用直流供电的方式。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述前级放大电路的电源采用直流供电的方式，所述次级放大电路的电源采用脉冲供电的方式。
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