CN110208774A - 一种激光雷达芯片及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种激光雷达芯片及系统，其中，该激光雷达芯片包括：芯片本体和集成于所述芯片本体上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，所述控制单元分别与所述驱动单元、接收前端和处理单元连接，所述接收前端与所述处理单元连接，所述驱动单元用于连接激光器，所述接收前端用于连接光电探测器；所述控制单元，用于控制所述驱动单元发射驱动信号，以驱动激光器发射脉冲激光；所述接收前端，用于在接收到回波信号时，处理所述回波信号，并将处理后的回波信号发送至所述处理单元；所述处理单元，用于根据所述处理后的回波信号确定并输出与目标物的距离。本申请实施例减小了激光雷达系统的体积和重量。
Description
技术领域
本申请涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达芯片及系统。
背景技术
激光雷达是利用激光器发出的激光来探测目标的位置、速度的装置，激光雷达通过向探测目标发出激光光束，然后利用光电探测系统接收探测目标反射的光，经过适当的处理得到探测目标的信息。
激光雷达按照执行的功能划分为激光发射模块、回波接收模块以及雷达数据处理模块，现有的激光雷达，每一个功能模块都是有若干个分立芯片构成的板级电路组成，比如，激光发射模块、回波接收模块和雷达数据处理模块是分别位于三个独立的电路板上，在这三个独立的电路板上，再的分别设立功能芯片，由此造成激光雷达系统体积大、重量大且复杂度高等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种激光雷达芯片及系统，以减小激光雷达系统的体积和重量。
第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达芯片，包括：芯片本体和集成于所述芯片本体上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，所述控制单元分别与所述驱动单元、接收前端和处理单元连接，所述接收前端与所述处理单元连接，所述驱动单元用于连接激光器，所述接收前端用于连接光电探测器；
所述控制单元，用于控制所述驱动单元发射驱动信号，以驱动激光器发射脉冲激光；
所述接收前端，用于在接收到回波信号时，处理所述回波信号，并将处理后的回波信号发送至所述处理单元；
所述处理单元，用于根据所述处理后的回波信号确定并输出与目标物的距离。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，
所述控制单元，还用于在控制所述驱动单元发射驱动信号后，控制接收前端开始接收所述回波信号，以及用于在所述接收前端接收到所述回波信号时，控制所述处理单元开始工作。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述回波信号为电流信号，所述接收前端包括：放大电路；
所述放大电路，用于将所述电流信号转换为电压信号，并对所述电压信号进行放大。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述放大电路为跨阻放大器。
结合第一方面的第二种可能的实施方式或者第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述接收前端还包括滤波电路，所述滤波电路与所述放大电路连接，所述滤波电路用于连接所述光电探测器；
所述滤波电路，用于对所述电流信号进行滤波，并将滤波后的电流信号发送至所述放大电路。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述接收前端包括多条并列设置的放大电路，所述多条放大电路用于与多个并列设置的光电探测器一一对应连接。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述处理单元包括依次连接的时间信息提取模块、误差矫正模块、运算模块和输出模块；
所述时间信息提取模块，用于根据所述处理后的回波信号确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔；
所述误差矫正模块，用于对所述时间间隔进行误差矫正，并将矫正后的时间间隔发送至所述运算模块；
所述运算模块，用于根据所述矫正后的时间间隔和激光光速确定与目标物的距离；
所述输出模块，用于输出所述距离。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，所述时间信息提取模块包括时刻鉴别电路和时间数字转换器，或者，所述时间信息提取模块包括模数转换器；
所述时刻鉴别电路，用于确定收到所述回波信号对应的时刻；
所述时间数字转换器，用于根据所述时刻确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔；
所述模数转换器，用于对所述回波信号进行采样得到采样数据，通过所述采样数据确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔。
第二方面，本申请实施例提供了一种激光雷达系统，包括：接收光学部件、光电探测器、激光器、发射光学部件和第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式中的任一所述的雷达激光芯片；所述光电探测器分别与所述接收光学部件和所述接收前端连接，所述激光器分别与所述驱动单元和所述发射光学部件连接。
结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，所述系统还包括显示部件，所述显示部件与所述处理单元连接。
与现有技术中相比，本申请实施例提供的激光雷达芯片，包括芯片本体和集成于所述芯片本体上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，所述控制单元分别与所述驱动单元、接收前端和处理单元连接，所述接收前端与所述处理单元连接，所述驱动单元用于连接激光器，所述接收前端用于连接光电探测器；所述控制单元，用于控制所述驱动单元发射驱动信号，以驱动激光器发射脉冲激光；所述接收前端，用于在接收到回波信号时，处理所述回波信号，并将处理后的回波信号发送至所述处理单元；所述处理单元，用于根据所述处理后的回波信号确定并输出与目标物的距离。
可见，本申请实施例提供的激光雷达芯片，在一个芯片本体上集成了控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，通过集成在一个芯片上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元完成驱动激光器发射脉冲激光，以及在接收到光电探测器发送的回波信号后，通过对该回波信号进行处理来确定并输出与目标物的距离，这样通过一个芯片就能代替现有需要多个芯片的激光雷达系统完成的功能，故本申请实施例提供了一种体积小、重量轻的激光雷达系统。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的第一种激光雷达芯片的结构示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的第二种激光雷达芯片的结构示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的第三种激光雷达芯片的结构示意图；
图4示出了本申请实施例所提供的第四种激光雷达芯片的结构示意图；
图5示出了本申请实施例所提供的一种激光雷达系统的结构示意图。
图标：101-芯片本体；102-控制单元；103-驱动单元；104-接收前端；105-处理单元；1041-放大电路；1042-滤波电路；1051-时间信息提取模块；1052-误差矫正模块；1053-运算模块；1054-输出模块；11-接收光学部件；12-光电探测器；13-激光器；14-发射光学部件。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，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实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种激光雷达芯片，如图1所示，包括：芯片本体101和集成于芯片本体101上的控制单元102、驱动单元103、接收前端104和处理单元105，控制单元102分别与驱动单元103、接收前端104和处理单元105连接，接收前端104与处理单元105连接，驱动单元103用于连接激光器，接收前端用于连接光电探测器。
控制单元102，用于控制驱动单元103发射驱动信号，以驱动激光器发射脉冲激光。
接收前端104，用于在接收到回波信号时，处理回波信号，并将处理后的回波信号发送至处理单元105。
处理单元105，用于根据处理后的回波信号确定并输出与目标物的距离。
可选地，控制单元102，还用于在控制驱动单元103发射驱动信号后，控制接收前端104开始接收回波信号，以及用于在接收前端104接收到回波信号时，控制处理单元105开始工作。
可选地，回波信号为电流信号，如图2所示，接收前端104包括：放大电路1041。
放大电路1041，用于将电流信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大。
其中，放大电路1041为跨阻放大器，或者其它能够对电流信号进行转换并放大的器件，在此不做具体限定。
可选地，如图3所示，接收前端104还包括滤波电路1042，滤波电路1042与放大电路1041连接，滤波电路1042用于连接光电探测器。
滤波电路1042，用于对电流信号进行滤波，并将滤波后的电流信号发送至放大电路1041。
可选地，接收前端104包括多条并列设置的放大电路1041，多条放大电路1041用于与多个并列设置的光电探测器一一对应连接。
当有多条并列设置的放大电路1041时，该激光雷达芯片可以同时接收多个回波信号，即能够检测完成对多个目标物的距离检测，或者对一个目标物的多个位置进行检测。
可选地，如图4所示，处理单元105包括依次连接的时间信息提取模块1051、误差矫正模块1052、运算模块1053和输出模块1054。
时间信息提取模块1051，用于根据处理后的回波信号确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔。
误差矫正模块1052，用于对时间间隔进行误差矫正，并将矫正后的时间间隔发送至运算模块1053。
运算模块1053，用于根据矫正后的时间间隔和激光光速确定与目标物的距离。
输出模块1054，用于输出该距离。
可选地，时间信息提取模块包括时刻鉴别电路和时间数字转换器，或者，时间信息提取模块包括模数转换器。
时刻鉴别电路，用于确定收到回波信号对应的时刻。
时间数字转换器，用于根据时刻确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔。
模数转换器，用于对回波信号进行采样得到采样数据，通过采样数据确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔。
本申请实施例提供了一种激光雷达系统，如图5所示，包括：接收光学部件11、光电探测器12、激光器13、发射光学部件14和上述实施例中的雷达激光芯片10；光电探测器12分别与接收光学部件11和接收前端104连接，激光器13分别与驱动单元103和发射光学部件14连接。
其中，激光器13在驱动单元103的驱动下，发射激光信号，发射的激光信号经过发射光学部件14发射至目标物；接收光学部件11接收经过目标物反射回的激光信号，并将该反射回的激光信号发送至光电探测器12，光电探测器12将该激光信号进行光电转换后发送至激光雷达芯片10中的接收前端，在由激光雷达芯片10中的处理单元105最终确定出与目标物的距离，并输出。
可选地，该激光雷达系统还包括显示部件，显示部件与处理单元连接。
处理单元能够将最终确定的与目标物之间的距离通过该显示部件进行显示，这里显示单元的具体形式不做具体限定。
与现有技术中相比，本申请实施例提供的激光雷达芯片，包括芯片本体和集成于所述芯片本体上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，所述控制单元分别与所述驱动单元、接收前端和处理单元连接，所述接收前端与所述处理单元连接，所述驱动单元用于连接激光器，所述接收前端用于连接光电探测器；所述控制单元，用于控制所述驱动单元发射驱动信号，以驱动激光器发射脉冲激光；所述接收前端，用于在接收到回波信号时，处理所述回波信号，并将处理后的回波信号发送至所述处理单元；所述处理单元，用于根据所述处理后的回波信号确定并输出与目标物的距离。
可见，本申请实施例提供的激光雷达芯片，在一个芯片本体上集成了控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，通过集成在一个芯片上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元完成驱动激光器发射脉冲激光，以及在接收到光电探测器发送的回波信号后，通过对该回波信号进行处理来确定并输出与目标物的距离，这样通过一个芯片就能代替现有需要多个芯片的激光雷达系统完成的功能，故本申请实施例提供了一种体积小、重量情的激光雷达系统。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种激光雷达芯片，其特征在于，包括：芯片本体和集成于所述芯片本体上的控制单元、驱动单元、接收前端和处理单元，所述控制单元分别与所述驱动单元、接收前端和处理单元连接，所述接收前端与所述处理单元连接，所述驱动单元用于连接激光器，所述接收前端用于连接光电探测器；
所述控制单元，用于控制所述驱动单元发射驱动信号，以驱动激光器发射脉冲激光；
所述接收前端，用于在接收到回波信号时，处理所述回波信号，并将处理后的回波信号发送至所述处理单元；
所述处理单元，用于根据所述处理后的回波信号确定并输出与目标物的距离。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，
所述控制单元，还用于在控制所述驱动单元发射驱动信号后，控制接收前端开始接收所述回波信号，以及用于在所述接收前端接收到所述回波信号时，控制所述处理单元开始工作。
3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述回波信号为电流信号，所述接收前端包括：放大电路；
所述放大电路，用于将所述电流信号转换为电压信号，并对所述电压信号进行放大。
4.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述放大电路为跨阻放大器。
5.根据权利要求3或4所述的芯片，其特征在于，所述接收前端还包括滤波电路，所述滤波电路与所述放大电路连接，所述滤波电路用于连接所述光电探测器；
所述滤波电路，用于对所述电流信号进行滤波，并将滤波后的电流信号发送至所述放大电路。
6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述接收前端包括多条并列设置的放大电路，所述多条放大电路用于与多个并列设置的光电探测器一一对应连接。
7.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述处理单元包括依次连接的时间信息提取模块、误差矫正模块、运算模块和输出模块；
所述时间信息提取模块，用于根据所述处理后的回波信号确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔；
所述误差矫正模块，用于对所述时间间隔进行误差矫正，并将矫正后的时间间隔发送至所述运算模块；
所述运算模块，用于根据所述矫正后的时间间隔和激光光速确定与目标物的距离；
所述输出模块，用于输出所述距离。
8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述时间信息提取模块包括时刻鉴别电路和时间数字转换器，或者，所述时间信息提取模块包括模数转换器；
所述时刻鉴别电路，用于确定收到所述回波信号对应的时刻；
所述时间数字转换器，用于根据所述时刻确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔；
所述模数转换器，用于对所述回波信号进行采样得到采样数据，通过所述采样数据确定发射脉冲激光到接收到回波信号的时间间隔。
9.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：接收光学部件、光电探测器、激光器、发射光学部件和权利要求1至8任一所述的雷达激光芯片；所述光电探测器分别与所述接收光学部件和所述接收前端连接，所述激光器分别与所述驱动单元和所述发射光学部件连接。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在，所述系统还包括显示部件，所述显示部件与所述处理单元连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |