CN111596283A - 用于飞行时间接收器的随机硬件故障和劣化保护装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于飞行时间接收器的随机硬件故障和劣化保护装置。一种飞行时间光检测系统包括：沿着包括多个信号通道的信号路径顺序布置的多个电路，多个电路包括第一电路和布置在第一电路下游的第二电路；被配置为生成多个参考信号的参考信号源，其中多个信号通道中的每个信号通道在第一电路处接收多个参考信号中的至少一个参考信号；以及耦合到多个信号通道以从信号路径接收经处理的参考信号的评估电路，评估电路还被配置为将经处理的参考信号与第一期望结果进行比较以生成第一比较结果。

Description

用于飞行时间接收器的随机硬件故障和劣化保护装置

技术领域

本公开总体上涉及用于飞行时间(TOF)接收器的设备和方法。

背景技术

光检测和测距(LIDAR)是一种遥感方法，其使用脉冲激光形式的光来测量到视场中的一个或多个对象的范围(可变距离)。特别地，光朝向对象发射。单个光检测器或光检测器阵列接收来自由光照射的对象的反射，并且反射到达光检测器阵列中的各种传感器所花费的时间被确定。这也称为测量飞行时间(TOF)。LIDAR系统形成深度测量，并且通过基于飞行时间计算将距离映射到对象来进行距离测量。因此，飞行时间计算可以创建用于生成图像的距离和深度图。

LIDAR接收器系统要求根据ASIL-B/-C/-D的ISO26262兼容开发。光检测器电流信号需要沿着接收器信号路径可靠地传播到LIDAR系统控制器集成电路(IC)并且在出现偏差/故障的情况下进行报告以符合这种要求。

在当前的LIDAR系统中，额外的激光二极管闪光灯、点激光器或条形激光器用于执行包括光检测器阵列的光学系统的连续检查。这是对光检测器单元的基本检查，并且将不足以检查接收器IC的所有技术相关参数，诸如增益、截止频率、群延迟等。

因此，可能需要一种具有监测接收器信号路径的改进方式的改进设备。

发明内容

实施例提供了飞行时间系统及其操作方法，并且更具体地涉及检测飞行时间接收器中的硬件故障和劣化。

根据一个或多个实施例，一种飞行时间光检测系统包括：沿着包括多个信号通道的信号路径顺序布置的多个电路，多个电路包括第一电路和布置在第一电路下游的第二电路；被配置为生成多个参考信号的参考信号源，其中多个信号通道中的每个信号通道在第一电路处接收多个参考信号中的至少一个参考信号；以及耦合到多个信号通道以从信号路径接收经处理的参考信号的评估电路，评估电路还被配置为将经处理的参考信号与第一期望结果进行比较以生成第一比较结果。

根据一个或多个实施例，一种飞行时间光检测接收器系统包括：沿着包括多个信号通道的信号路径顺序布置的多个电路，多个电路包括第一电路和布置在第一电路下游的第二电路；被配置为生成多个参考信号的参考信号源，多个信号通道中的每个信号通道在第一电路处接收多个参考信号中的至少一个参考信号；第一电路，包括多个读出元件、和表示多个信号通道的第一部分并且耦合到多个读出元件的多个光检测器读出通道，多个读出元件被配置为将多个参考信号选择性地路由到多个光检测器读出通道；第二电路，包括表示多个信号通道的第二部分的多个处理通道，多个处理通道包括多个处理元件，多个处理元件被配置为生成从多个参考信号得出的经处理的参考信号，并且从第二电路输出经处理的参考信号；以及耦合到信号路径以接收经处理的参考信号中的经处理的参考信号的评估电路，评估电路被配置为将经处理的参考信号与第一期望结果进行比较以生成第一比较结果。

根据一个或多个实施例，提供了一种用于评估飞行时间光检测系统中的多个信号通道的至少一个特性的方法，该飞行时间光检测系统包括沿着包括多个信号通道的飞行时间光检测信号路径顺序布置的多个电路，多个电路包括第一电路和布置在第一电路下游的第二电路。该方法包括：生成多个参考信号；将多个参考信号中的至少一个参考信号在第一电路处注入多个信号通道中的每个信号通道中，使得多个参考信号在信号路径中被处理；将经处理的参考信号与预期结果进行比较以生成比较结果；基于比较结果评估多个信号通道中的至少一个信号通道的至少一个特性；以及基于多个信号通道中的至少一个信号通道的被评估的至少一个特性来确定第一电路或第二电路中的任一个是否有缺陷。

附图说明

本文中参考附图描述实施例。

图1是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描系统的示意图；

图2是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描系统的示意性框图；

图3是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器的电信号路径的示意性框图；

图4是根据一个或多个实施例的在LIDAR系统中实现的参考信号被注入其中的多个信号通道的信号图；

图5A和图5B是根据一个或多个实施例的示例脉冲图案的参考信号图；

图6是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器的电信号路径的示意性框图；

图7是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器的电信号路径的示意性框图；

图8是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器的电信号路径的示意性框图；以及

图9是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器的电信号路径的示意性框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。应当注意，这些实施例仅用于说明目的，而不应当被解释为限制。例如，虽然可以将实施例描述为包括多个特征或元素，但是这不应当被解释为指示实现实施例需要所有这些特征或元素。相反，在其他的一些实施例中，一些特征或元素可以省略，或者可以被替换为备选特征或元素。另外，除了明确示出和描述的特征或元素之外，还可以提供另外的特征或元素，例如传感器设备的传统组件。

除非另外特别说明，否则可以组合来自不同实施例的特征以形成另外的实施例。关于一个实施例描述的变化或修改也可以适用于其他实施例。在一些情况下，公知的结构和设备以框图形式而不是详细地示出，以避免模糊实施例。

除非另有说明，否则附图中示出或本文中描述的元件之间的连接或耦合可以是基于有线的连接或无线连接。此外，这种连接或耦合可以是没有附加中间元件的直接连接或耦合，或者是具有一个或多个附加中间元件的间接连接或耦合，只要基本上保持连接或耦合的一般目的，例如以传输某种信号或者传输某种信息。

实施例涉及光学传感器和光学传感器系统，并且涉及获取关于光学传感器和光学传感器系统的信息。传感器可以是指将待被测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的组件。物理量可以例如包括电磁辐射，诸如但不限于可见光、红外(IR)辐射、或其他类型的照射信号、电流或电压。例如，图像传感器可以是相机内部的将来自镜头的光的光子转换成电压的硅芯片。传感器的有效区域越大，可以被收集以创建图像的光越多。

本文中使用的传感器设备可以是指包括传感器和另外的组件的设备，例如偏置电路、模数转换器或滤波器。传感器设备可以集成在单个芯片上，但是在其他的一些实施例中，多个芯片或芯片外部的组件可以用于实现传感器设备。

在光检测和测距(LIDAR)系统中，光源将光脉冲发射到视场中，并且光通过后向散射从一个或多个对象反射。特别地，LIDAR是直接飞行时间(TOF)系统，其中光脉冲(例如，红外光的激光束)被发出到视场中，并且像素阵列检测并且测量所反射的束。例如，光检测器的阵列接收来自由光照射的对象的反射。

当前，光检测器阵列可以用于测量反射光。光检测器阵列可以是由以单列布置的多行光检测器(像素)组成的一维(1D)阵列，或者可以是由以网格状布置方式布置的多行和多列光检测器(像素)组成的二维(2D)阵列。每个像素行或成组的相邻像素行可以作为测量信号以原始模拟数据形式被读出。每个测量信号可以包括来自与所选择的一个像素行或多个像素行相对应的单个像素列或者两个或更多个像素列的数据。

然后，可以跨像素阵列的多个像素使用每个光脉冲的返回时间的差异来进行环境的数字3D表示或者生成其他传感器数据。例如，光源可以发出单个光脉冲，并且电耦合到像素阵列的时间数字转换器(TDC)可以从光脉冲被发出的时间(与起始信号相对应)开始计数，直到在接收器处(即，在像素阵列处)接收到所反射的光脉冲的时间(与停止信号相对应)。然后光脉冲的“飞行时间”被转换成距离。在另一示例中，模数转换器(ADC)可以电耦合到像素阵列(例如，其间具有中间元件的间接耦合)以用于脉冲检测和ToF测量。例如，ADC可以用于利用适当的算法来估计起始/停止信号之间的时间间隔。

诸如振荡水平扫描(例如，从视场的左侧到右侧和右侧到左侧)等扫描可以以连续扫描方式照射场景。由光源对激光束的每次射出都可以在“视场”中产生扫描线。通过在不同的扫描方向上发出连续光脉冲，可以扫描被称为“视场”的区域，并且该区域内的对象可以被检测和成像。因此，视场表示具有投射中心的扫描平面。也可以使用光栅扫描。

图1是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描系统100的示意图。LIDAR扫描系统100是包括发射器和接收器的光学扫描设备，发射器包括照射单元10、发射器光学元件11和一维(1D)MEMS镜12(1D MEMS扫描器)，接收器包括主光学元件14和光学接收器15。图示中的光学接收器15是2D光检测器阵列15，但是备选地可以是1D光检测器阵列。接收器还可以包括接收器电路，诸如数据获取/读出电路和数据处理电路，如将根据图2进一步描述的。

虽然这种布置表示一种类型的LIDAR系统的一个示例，但是应当理解，也可以使用其他类型的LIDAR系统，诸如在泛光LIDAR中使用的那些系统。因此，本文中描述的实施例不限于特定类型的光发射器或TOF系统，并且也可以应用于其他类型的TOF系统，包括使用脉冲调制或连续波调制的那些系统。类似于本文中描述的LIDAR技术，脉冲调制通过测量光脉冲从光源行进到3D场景中并且在反射之后返回所花费的绝对时间来测量到3D对象的距离。连续波调制使用连续光波代替短光脉冲，并且调制是以正弦波的频率进行的。对于连续波调制，在反射之后的所检测的波具有经位移的相位，并且相移与距反射面的距离成比例。因此，该距离可以从所测量的相移来确定。因此，本文中描述的实施例更一般地涉及TOF系统和3D成像系统，并且更具体地涉及这些系统的接收器。

返回图1，光检测器阵列15(无论是2D阵列还是1D阵列)以如下的方式被布置，使得所意图的视场被竖直映射在光检测器阵列15的竖直延伸上。取决于接收光束的竖直角，接收光束将仅命中检测器阵列的特定行或组或多个行。所意图的视场还可以被水平地映射在2D光检测器阵列的水平延伸上。

在该示例中，照射单元10包括三个光源(例如，激光二极管或发光二极管)，其以单条形成线性对准并且被配置为发射用于扫描对象的视场的光。虽然也可以使用具有另一波长的光，但是由光源发出的光通常是红外光。如在图1的实施例中可以看到的，由光源发出的光的形状在垂直于发射方向的方向上扩展，以形成具有垂直于发射方向的椭圆形状的光束。从光源发射的照射光被引导朝向发射器光学元件11，发射器光学元件11被配置为将每个激光聚焦到一维MEMS镜12上。发射器光学元件11可以是例如透镜或棱镜。

当被MEMS镜12反射时，来自光源的光竖直对准，以针对每个所发出的激光照射形成红外光的一维竖直扫描线SL或红外光的竖直条。照射单元10的每个光源有助于竖直扫描线SL的不同竖直区域。因此，光源可以被同时激活和被同时解激活以获取具有多个竖直区段的光脉冲，其中每个竖直区段对应于相应的光源。然而，竖直扫描线SL的每个竖直区域或区段也可以通过接通或关断照射单元10的光源中的一个对应光源而独立地有效或无效。因此，光的部分或全部竖直扫描线SL可以从系统100输出到视场中。

因此，系统100的发射器是被配置为基于激光脉冲生成激光束的光学装置，激光束具有在与激光束的传输方向垂直的方向上延伸的椭圆形状。从图1可以看出，光源中的每个光源与视场中的不同竖直区域相关联，使得每个光源仅将竖直扫描线照射到与光源相关联的竖直区域中。例如，第一光源照射到第一竖直区域中，而第二光源照射到与第一竖直区域不同的第二竖直区域中。

另外，虽然示出了三个激光源，但是应当理解，激光源的数目不限于此。例如，竖直扫描线SL可以由单个激光源、两个激光源或多于三个激光源生成。

MEMS镜12是集成在半导体芯片(未示出)上的机械移动镜(即，MEMS微镜)。根据该实施例的MEMS镜12被配置为围绕着单个扫描轴旋转，并且可以被称为仅具有用于扫描的一个自由度。与2D-MEMS镜(2D MEMS扫描仪)不同，在1D MEMS镜中，单个扫描轴固定到非旋转基板，并且因此在MEMS镜的振荡期间保持其空间取向。由于该单个旋转扫描轴，MEMS镜12被称为1D MEMS镜或1D MEMS扫描仪。

MEMS镜12被配置为围绕着单个扫描轴13“左右”振荡，使得从MEMS镜12反射的光(即，光的竖直扫描线)在水平扫描方向上来回振荡。扫描周期或振荡周期例如通过从视场的第一边缘(例如，左侧)到视场的第二边缘(例如，右侧)并且然后再次回到第一边缘的一个完整振荡来限定。MEMS镜12的镜像周期对应于扫描周期。

因此，通过改变MEMS镜12在其扫描轴13上的角度，由光的竖直条在水平方向上扫描视场。例如，MEMS镜12可以被配置为在水平扫描方向上在+/-15度之间振荡，以在+/-30度之上(即，60度)来操纵构成视场的水平扫描范围的光。因此，通过MEMS镜12通过其运动度的旋转，视场可以逐行被扫描。通过运动度(例如，从-15度到+15度，反之亦然)的一个这样的序列被称为单个扫描。因此，针对每个扫描周期使用两个扫描。可以使用多个扫描来生成距离和深度图，以及由处理单元生成3D图像。深度图和图像的水平分辨率取决于在扫描之间采用的MEMS镜12的旋转角度的递增步长的大小。

虽然在MEMS镜的上下文中描述发射镜，但是应当理解，也可以使用其他1D镜或甚至2D镜。另外，旋转度不限于+/-15度，并且视场可以根据应用而增大或减小。因此，一维扫描镜被配置为围绕着单个扫描轴振荡并且将激光束在不同方向上引导到视场中。因此，发射技术包括从围绕着单个扫描轴振荡的发射镜将光束发射到视场中，使得随着发射镜围绕着单个扫描轴振荡，光束作为跨视场水平移动的竖直扫描线SL而被投射到视场中。与使用激光点扫描视场的2D扫描镜(这要求更多的发射供发射器来扫描视场)相比，使用1D扫描镜的LIDAR系统可以使用照射单元10(即，发射器)的更宽松的射速。此外，使用1D扫描镜的LIDAR系统在与2D扫描镜相比时通常在冲击和振动方面更鲁棒，因此非常适合汽车应用。

在撞击一个或多个对象时，所发射的竖直光条通过向后散射而朝向LIDAR扫描系统100被反射作为反射的竖直线，其中第二光学组件14(例如，透镜或棱镜)接收反射光。第二光学组件14将反射光引导到光检测器阵列15上，该光检测器阵列15接收反射光作为接收线RL，并且被配置为生成电测量信号。电测量信号可以用于基于反射光生成环境的3D图和/或其他对象数据(例如，经由TOF计算和处理)。

接收线RL被示出为在像素列的纵长(lengthwise)方向上沿着像素列之一延伸的光的竖直列。接收线具有与图1所示的竖直扫描线SL的竖直区域相对应的三个竖直区域。随着竖直扫描线SL跨视场水平移动，入射在2D光检测器阵列15上的光的竖直列RL也跨2D光检测器阵列15水平移动。随着反射光束RL的接收方向改变，反射光束RL从光检测器阵列15的第一边缘移动到光检测器阵列15的第二边缘。反射光束RL的接收方向对应于扫描线SL的传输方向。

在使用1D光检测器阵列而不是2D光检测器阵列的系统中，每个光束(即，每个接收线RL)被投射到检测器阵列的列上。

光检测器阵列15可以是多个光检测器类型中的任何一种；包括雪崩光电二极管(APD)、光电池和/或其他光电二极管器件。诸如电荷耦合器件(CCD)等成像传感器可以是光检测器。在本文中提供的示例中，光检测器阵列15是包括APD像素的阵列的二维(2D)APD阵列。如上所述，光检测器阵列15可以是包括单列光电二极管的一维阵列。光电二极管的激活可以与由照射单元10发出的光脉冲同步。

光检测器阵列15接收反射性光脉冲作为接收线RL，并且响应于此而生成电信号。由于来自照射单元10的每个光脉冲的传输时间是已知的，并且因为光以已知速度行进，所以使用电信号的飞行时间计算可以确定对象距光检测器阵列15的距离。深度图可以绘制距离信息。

在一个示例中，对于每次距离采样，微控制器触发来自照射单元10的光源中的每一个的激光脉冲，并且还启动时间数字转换器(TDC)集成电路(IC)中的计时器。激光脉冲传播通过发射光学元件，被目标场反射，并且被光检测器阵列15的一个或多个接收光电二极管捕获。每个接收光电二极管发射由模拟读出电路读出的短的电脉冲。从模拟读出电路读出的每个信号可以由电信号放大器放大。

比较器IC识别脉冲并且向TDC发送数字信号以停止计时器。TDC使用时钟频率来校准每个测量。TDC将启动和停止数字信号之间的差分时间的串行数据发送给微控制器，微控制器过滤掉任何错误读数，对多次测量进行平均，并且计算在该特定场位置处到目标的距离。通过在由MEMS镜12建立的不同方向上发出连续光脉冲，可以扫描区域(即，视场)，可以生成三维图像，并且可以检测该区域内的对象。

接收器的信号处理链还可以包括用于每个光电二极管或一组光电二极管的ADC。ADC被配置为将来自光电二极管或一组光电二极管的模拟电信号转换为用于进一步数据处理的数字信号。

另外，代替使用TDC方法，ADC可以用于信号检测和ToF测量。例如，每个ADC可以用于检测来自一个或多个光电二极管的模拟电信号，以利用适当的算法估计起始信号(即，与发射光脉冲的定时相对应)与停止信号(即，与在ADC处接收模拟电信号的定时相对应)之间的时间间隔。

当作为竖直扫描线SL的激光能量脉冲从MEMS镜12的表面进入视场时，反射性脉冲在激光照射视场中的对象时出现。这些反射性脉冲作为光的竖直列到达光检测器阵列15，光的竖直列可以例如具有一个光检测器像素的宽度和在纵长方向上至少部分地沿着光检测器阵列15的像素列竖直跨越的长度。也就是说，像素列中的所有光检测器像素或像素列的光检测器像素的一部分可以接收光条。例如，在一个实例中，照射单元10的所有光源可以用于生成扫描线SL/接收线RL。在这种情况下，接收线RL可以在纵长方向上沿着整个像素列延伸。在另一实例中，可以仅使用光源的子集来生成扫描线SL/接收线RL。在这种情况下，接收线可以在纵长方向上仅沿着像素列的一部分延伸。

在一些情况下，两个或更多个像素列可以接收来自同一光条的光。例如，当所接收的光条的一部分撞击在两个光检测器像素之间的区域上时，两个像素列可以接收光。在这种情况下，两个像素列可以在宽度方向上被单个光条部分地照射。

另一方面，如果由照射单元10生成部分竖直扫描线SL，如上所述的那样，则可以在纵长方向上仅照射光检测器阵列15的部分像素列。

每个光检测器阵列15被配置为生成用于基于反射光生成环境的3D图(例如，经由TOF计算和处理)的测量信号(电信号)。例如，如上所述，光检测器阵列15可以是光电二极管的2D阵列或能够检测和测量光并且从其生成电信号的其他光检测组件。

虽然未示出，但是LIDAR扫描系统100还可以包括数字微镜器件(DMD)和辅助光学元件(例如，透镜、全内反射(TIR)棱镜或分束器)，其被配置为最初接收通过主光学元件14的反射光，并且朝向光检测器阵列15来重定向所接收的反射光。例如，DMD将首先从主光学元件接收反射的光脉冲，并且将所接收的反射光通过辅助光学元件(例如，透镜、全内反射(TIR)棱镜或分束器)偏转到光检测器阵列15上。在这种情况下，光检测器阵列15将仍然接收光的竖直列，如上所述。

图2是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描系统200的示意性框图。特别地，图2示出了LIDAR扫描系统200的附加特征，包括示例处理和控制系统组件，诸如MEMS驱动器、接收器电路和系统控制器。

LIDAR扫描系统200包括负责系统200的发出器路径的发射器单元21，以及负责系统200的接收器路径的接收器单元22。系统还包括系统控制器23，系统控制器23被配置为控制发射器单元21和接收器单元22的组件，并且从接收器单元22接收原始数据并且对其执行处理(例如，经由数字信号处理)以生成对象数据(例如，点云数据)。因此，系统控制器23包括用于处理数据的信号处理链的至少一个处理器和/或处理器电路(例如，比较器、TDC、ADC和数字信号处理器(DSP))、以及被配置为生成控制信号的控制电路，诸如微控制器。LIDAR扫描系统200还可以包括向系统控制器23提供传感器信息的传感器26，诸如温度传感器。

发射器单元21包括照射单元10、MEMS镜12和被配置为驱动MEMS镜12的MEMS驱动器25。特别地，MEMS驱动器25致动并且感测镜的旋转位置，并且向系统控制器23提供镜的位置信息(例如，倾斜角度或围绕着旋转轴的旋转度)。基于该位置信息，照射单元10的激光源由系统控制器23触发，并且光电二极管被激活以感测并且因此测量反射光信号。因此，MEMS镜的位置感测的更高精确度产生LIDAR系统的其他组件的更准确和精确的控制。

接收器单元22包括光检测器阵列15以及包括模拟读出电路的接收器电路24。如将在下面更详细描述的，光检测器阵列15的每一行可以由模拟复用器选择性地耦合到接收器电路24和与接收器电路24解耦合。耦合到接收器电路24的像素、行或列可以被称为有效的，而未耦合到接收器电路24的像素、行或列可以被称为无效的。

模拟读出电路包括被配置为读出从光检测器阵列15的被耦合行的所选择像素接收的测量信号的N个模拟输出通道(例如，32个通道)。此外，可以选择来自被耦合行的多于一个像素，可以将多个行同时耦合到输出通道，并且可以从每个被耦合行中选择一个或多个像素。

因此，接收器电路24可以从光检测器阵列15的光检测器接收模拟电信号，并且将电信号作为原始模拟数据传输给模数转换器(ADC)。在ADC接收电信号之前，电信号可以经过放大器(例如，跨阻放大器(TIA))，放大器将电信号从例如电流转换成电压。ADC被配置为将原始模拟数据转换为原始数字数据以用于进一步处理。放大器和/或ADC可以并入系统控制器23或接收器电路24中，或者可以作为单独的电路插入在接收器电路24与系统控制器23之间。

接收器电路24还可以从系统控制器23接收触发一个或多个光检测器的激活的触发控制信号。接收器电路24还可以接收用于控制一个或多个光检测器的增益的增益设置控制信号。

系统控制器23包括信号处理电路，信号处理电路接收原始数字数据以及由ADC生成的起始和停止数字信号之间的差分时间的串行数据，并且使用所接收的数据来针对视场内的每个场位置计算飞行时间信息，以生成对象数据(例如，点云数据)，并且以生成3D点云。

从光检测器阵列15的光检测器到系统控制器23的电信号路径可能易于失效。这些失效可能发生在光学组件中，包括光检测器阵列15的像素，以及发生在沿着从光检测器阵列15输出到系统控制器23的信号路径布置的信号处理元件中。本文中提供的实施例提供了对从光检测器阵列15延伸到系统控制器23的电信号路径的保护和监测。

图3是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器300的电信号路径的示意性框图。特别地，LIDAR接收器300的电信号路径包括光检测器电路31、接收器电路32、比较器电路33和系统控制器34。每个元件31-34可以布置在单独的集成电路(IC)上，或者与其他电路中的一个或多个在同一IC上组合。

光检测器电路31包括2D光检测器阵列31-1、译码器31-2、模拟复用器(mux)31-3和参考信号发生器31-4。在该示例中，光检测器阵列是具有96列和128行的2D光检测器阵列，但是不限于此。当特定列正在接收光时(即，根据由发射器对激光器的发射方向被同步)，该特定列可以被启用。这帮助减少环境光的噪声。译码器31-2从系统控制器34接收指示要启用哪个或哪些列的列选择信息Col_Sel，并且译码器31-2启用对应的一个列或多个列。

模拟复用器31-3被配置为接收和路由模拟信号，并且还被配置为选择要从光检测器电路31输出光检测器阵列31-1的哪些行。也就是说，模拟复用器包括少于光检测器阵列31-1的行数的数目为N的读出通道(例如，32个读出通道)。模拟复用器31-3从系统控制器34接收指示要将哪个或哪些行路由到特定读出通道的行选择信息Row_Sel，并且模拟复用器31-3相应地路由对应的一个行或多个行。模拟复用器31-3包括耦合到读出通道的读出元件，读出元件将从光检测器阵列31-1的一个或多个相邻行接收的模拟信号选择性地读出或输出到接收器信号路径的下一级。以此方式，光检测器阵列31-1的每个光检测器像素可以按列(经由译码器)和按行(经由模拟复用器)单独被选择以输出到读出通道之一。

另外，模拟复用器31-3的每个读出通道的输入或输出可以接收由参考信号发生器31-4提供的注入的参考信号。参考信号发生器31-4可以是可编程电流源，可编程电流源的行为类似于输入到模拟复用器31-3的虚拟像素列，非常类似于光检测器阵列31-1的实际像素列。也就是说，参考信号发生器31-4可以将一个或多个参考信号Iref注入到光检测器阵列31-1的输出路径中，并且模拟复用器31-3可以选择携带参考信号的哪个行或哪些相邻行被路由到特定读出通道。当多个相邻行被路由到单个读出通道时，那些行的信号由模拟复用器31-3的读出元件求和，例如通过求平均，并且组合信号然后由模拟复用器在适当的通道处读出。

参考信号发生器31-4可以在信号路径中尽可能早地被耦合(例如，尽可能靠近光检测器阵列)以使得参考信号经过尽可能多的电路元件。备选地，参考信号可以被直接注入到光检测器阵列31-1的列中，并且经由模拟复用器31-3而被选择性地读出。

可以注入参考信号来代替由光检测器阵列生成的电信号(即，在第一时间间隔期间)，或者与由光检测器阵列生成的电信号相结合(即，在第二时间间隔期间)。多个第一时间间隔可以与多个第二时间间隔交错，并且参考信号可以仅在第一时间间隔期间，仅在第二时间间隔期间，或者在第一时间间隔和第二时间间隔两者期间被注入。第一时间间隔可以对应于LIDAR系统的第一操作模式，而第二时间间隔可以对应于LIDAR系统的第二操作模式。

因此，所注入的参考信号可以与从光检测器阵列的一个或多个行接收的模拟数据信号组合，或者可以在光检测器阵列没有进行测量的同时被注入，而没有由光检测器阵列提供的模拟数据信号。同样，这可以通过在模拟复用器或光检测器阵列处注入参考信号来实现。

每个注入的参考信号可以是具有已知特性的电流脉冲，已知特性包括已知的高度(振幅)、长度(宽度)、上升时间、下降时间、形状等。例如，参考信号可以是简单电流脉冲、更复杂的电流脉冲、或者高度(振幅)、长度(宽度)、上升时间、下降时间、形状等相同或不同的电流脉冲的组合。不同的脉冲图案(包括一个或多个信号脉冲)可以作为脉冲图案信息被存储在存储器中，并且脉冲图案可以由选择元件(例如，状态机或处理器)根据一个或多个输入来选择。

例如，存储表可以存储不同的脉冲形状和图案作为脉冲图案信息，并且状态机可以基于外部输入来从表中选择要注入的脉冲图案。所选择的脉冲图案可以被提供给可以是可编程的参考信号源的参考信号发生器31-4，并且参考信号发生器31-4可以根据所选择的脉冲图案来生成至少一个参考信号。另外，可以由选择元件随机地选择脉冲图案之一，或者选择元件可以基于外部输入来创建随机脉冲图案并且将随机脉冲图案提供给参考信号发生器31-4，使得参考信号发生器31-4被配置为生成用于至少一个参考信号的随机脉冲图案。

通过模拟复用器31-3处的通道复用来执行每个注入的参考信号到电信号路径的期望通道的正确路由。通过单独地注入每个通道的参考信号(例如，时移)来防止通道串扰。因此，相邻通道通过例如参考信号发生器31-4和模拟复用器31-3而相对于彼此被时移，以防止由于将参考信号在相同时间注入相邻通道中而引起的干扰。

接收器电路32包括放大器(例如TIA)的阵列，每个通道一个放大器。TIA是将从光检测器电路31接收的对应通道的电流模拟信号转换为电压信号的电流到电压转换器。因此，每个通道包括执行该转换的TIA。每个TIA还可以对电信号进行放大和滤波。然后，每个电压信号沿着对应的通道被路由到ADC电路33。无论是从由光检测器阵列31-1生成的电信号还是从由参考信号发生器31-4生成的参考信号得出的，这些电压信号都可以被称为经处理的信号。另外，参考信号发生器31-4可以在接收器电路32中而不是在光检测器电路31中被实现。

ADC电路33包括ADC的阵列，每个通道一个ADC，ADC被配置为检测从接收器电路32输出的模拟电压信号以用于ToF测量，以及将模拟电压信号数字化。无论是从由光检测器阵列31-1生成的电信号还是从由参考信号发生器31-4生成的参考信号得出的，经数字化的电压信号都可以称为经处理的信号或经进一步处理的信号。ADC电路33经由一个或多个信号通道将这些经处理的信号提供给系统控制器34，以用于进一步处理，例如，以生成3D点云数据。

系统控制器34包括与上述的系统控制器25相似的特征。因此，系统控制器34包括信号处理电路和控制电路。特别地，系统控制器34包括信号处理单元34-1和控制单元34-2。系统控制器34可以在现场可编程逻辑阵列(FPGA)、微控制器、或FPGA和微控制器的组合上实现。

信号处理单元34-1被配置为接收从由光检测器阵列31-1生成的电信号得出的经处理的电信号，并且从其生成3D点云数据。

控制单元34-2被配置为生成各种控制信号，诸如列选择信息Col_Sel、行选择信息Row_Sel、信号路径配置信息(例如，以修改沿着信号路径的一个或多个电路元件的增益设置)、用于选择脉冲图案的外部输入等。控制单元34-2还包括评估电路34-3，评估电路34-3耦合到信号路径并且被配置为评估沿着信号路径的一个或多个信号提取点。因此，评估电路34-3可以沿着信号路径在各种点处耦合到多个信号通道，以从其接收信号(例如，经处理的参考信号或经处理的组合信号)。

提取点可以位于沿着信号路径的任何点，但是可以包括光检测器电路31的输出、接收器电路32的输出和ADC电路33的输出。提取点也可以在前述电路31-33的内部。此外，可以在每个提取点处评估一个或多个信号通道。评估电路34-3可以选择提取点和在所选择的提取点处选择信号通道中的任何一个信号通道以从其接收信号。

评估电路34-3被配置为沿着信号路径从一个或多个信号通道接收经处理的参考信号或经处理的组合信号。经处理的参考信号是由参考信号发生器31-4生成的、随后由信号路径上的电路元件处理的参考信号。组合信号是作为由参考信号发生器31-4生成的至少一个参考信号和由光检测器阵列31-1生成的至少一个电信号的组合的信号，并且经处理的组合信号是由信号路径上的电路元件处理的组合信号。

评估电路34-3还被配置为将经处理的参考信号与期望结果进行比较以生成比较结果。每个信号通道可以提供不同的经处理的参考信号，并且每个经处理的参考信号可以与对应于该信号通道的预期结果进行比较。预期结果考虑了由位于提取点上游的电路元件对参考信号执行的所有预想的处理。预期结果存储在评估电路34-3处的存储器中，并且表示当由沿着信号路径的一个或多个电路元件处理时提取点处的参考信号的预期输出。预期输出可以考虑增益、截止频率、群延迟、信号失真、噪声水平和其他性质。预期结果对应于所注入的参考信号的类型(即，参考信号的脉冲图案)和信号路径中的提取点两者。预期结果也可以特定于包括特定电路元件的信号路径的特定信号通道。

评估电路34-3还被配置为基于比较结果来评估信号路径或信号通道中的一个或多个信号通道的至少一个特性(例如，增益、截止频率、群延迟、信号失真、噪声水平和其他性质)，并且确定信号路径的质量是否在用于安全地操作LIDAR系统的可接受的容差范围内。如果信号路径的质量在可接受的容差范围内，则确定信号路径中的电路元件在设置的安全参数范围内正常运行。然而，如果信号路径的质量超出可接受的容差范围，则评估电路34-3确定沿着信号路径可能存在故障或劣化，并且进一步的措施被采取。

例如，评估电路34-3可以对信号路径执行进一步的诊断以确定故障或劣化的位置。可以在不同的提取点处生成和评估另外的参考信号，使得评估电路34-3可以定位故障或劣化。在这种情况下，评估电路34-3可以在上游顺序地评估不同的提取点，直到不再存在故障或劣化。

可以将在非故障提取点下游的电路元件确定为故障的源。如果在定位期间未实现非故障，则故障的源可以是上游最远的电路元件(即，光检测器阵列31-1)，该电路元件在其上游没有提取点。备选地，可以评估两个提取点并且分析结果。例如，可以将在不存在故障的提取点与存在故障的提取点之间的电路元件确定为故障的源。

取决于信号路径的故障/劣化的起源，控制器单元34-2确定响应，该响应可以包括以下中的至少一项：在合并传感器数据以用于对象检测时向其他对象扫描传感器(例如，相机传感器或雷达传感器)赋予较高优先级(即，相对于另一对象扫描传感器来降低LIDAR传感器的优先级)，在就视场和/或范围而言降低性能的情况下继续执行LIDAR传感器的操作，或者完全禁用LIDAR传感器并且通知车辆的操作方。

除了评估经处理的参考信号外，评估电路34-3还被配置为将经处理的组合信号与期望结果进行比较以生成比较结果。评估电路34-3可以以与上面针对经处理的参考信号所描述的类似的方式执行该评估。因此，可以将每个经处理的组合信号与对应于信号通道的预期结果进行比较。预期结果考虑了由位于提取点上游的电路元件对组合信号执行的所有预想的处理。预期结果存储在评估电路34-3处的存储器中，并且表示在由沿着信号路径的一个或多个电路元件处理时提取点处的组合信号或从中提取的参考信号的预期输出。

评估电路34-3还被配置为基于比较结果来评估信号路径或信号通道中的一个或多个信号通道的至少一个特性(例如，增益、截止频率、群延迟、信号失真、噪声水平和其他性质)，并且确定信号路径的质量是否在用于安全地操作LIDAR系统的可接受的容差范围内。评估电路34-3还可以对信号路径执行进一步诊断以确定故障或劣化的位置。

通过这种方法，整个信号路径的随机故障和劣化可以被有效地检测，并且可以在运行时期间被成到系统操作中。具体地，控制单元34-2可以通过检查沿着信号路径布置的接收器组件的功能的任何劣化来为接收器信号路径提供安全机制。监测可以在容错时间间隔内周期性地操作，或者车辆的每个驱动周期操作一次(即，在车辆的操作期间在车辆的加电与断电之间操作一次)。

图4是根据一个或多个实施例的在LIDAR系统中实现的其中注入有参考信号的多个信号通道的信号图。在该示例中，参考信号由简单的信号脉冲表示，但是可以替换为不同的脉冲图案。LIDAR系统被配置为以两种操作模式操作：安全模式和操作模式。

由多个第一时间间隔表示的操作模式与由多个第二时间间隔表示的安全模式交错。在安全模式期间，光检测器阵列不向信号路径提供信号。安全模式发生在LIDAR系统的两个光获取阶段之间。在这种情况下，评估电路34-3从信号路径接收经处理的参考信号。因此，参考信号发生器31-4被配置为在LIDAR系统的两个光获取阶段之间注入多个参考信号。

与之相比，在操作模式期间，光检测器阵列31-1被配置为基于接收光来生成电信号。在这种情况下，可以不执行对信号路径的评估。在评估电路34-3在操作模式期间不执行评估的情况下，参考信号不被注入到信号路径中。

备选地，可以在操作模式期间执行信号路径的评估。在这种情况下，评估电路34-3将参考信号发生器31-4配置为将参考信号注入到信号通道中。结果，参考信号发生器31-4被配置为在LIDAR系统的光获取阶段期间注入多个参考信号。在此，评估电路34-3从信号路径接收经处理的组合信号。

参考信号发生器31-4和模拟复用器31-3可以一起被控制为实现多个参考信号的时移，使得多个信号通道中的相邻通道在不同时间接收多个参考信号中的对应的参考信号。例如，如图4所示，参考信号被注入通道2中，该参考信号相对于注入到其相邻通道(通道1和3)的参考信号被时移。

图5A和图5B是根据一个或多个实施例的示例脉冲图案的参考信号图。脉冲图案具有不同的高度(振幅)、长度(宽度)、上升时间、下降时间、形状等，其可以用于由选择元件选择的不同参考信号。在这种情况下，脉冲图案由电流脉冲I_ref1和I_ref2组成。

因此，鉴于图4、图5A和图5B，控制单元34-2可以将参考信号发生器31-4和模拟复用器31-3配置为在时间(经由时移)和/或脉冲图案两个方面实现测试的多样性。也就是说，除了脉冲图案彼此时移，甚至可以将不同的脉冲图案注入到相邻通道中，使得就接收参考信号而言，在相邻通道中很少或没有重叠发生。

图6是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器600的电信号路径的示意性框图。特别地，LIDAR接收器600的电信号路径类似于图3所示的LIDAR接收器300的电信号路径。然而，在该示例中，LIDAR接收器600被配置为仅在安全模式期间评估信号路径。在这种情况下，发射和接收光脉冲的正常操作可以被停止预定的时间量(即，第二时间间隔)，使得安全评估被执行。

光检测器电路31还包括两个开关：耦合在光检测器阵列31-1与模拟mux 31-3之间的开关31-5，以及耦合在参考信号发生器31-4与模拟mux 31-3之间的开关31-6。开关31-5和31-6是互补开关，意味着当一个开关闭合时，另一开关断开。因此，一次仅有来自光检测器阵列31-1或参考信号发生器31-4的一个信号路径被耦合到模拟mux 31-3。更具体地，开关31-5在LIDAR系统以操作模式操作时闭合，以提供来自光检测器阵列31-1的电信号。此外，开关31-6在LIDAR系统以安全模式操作时闭合，以提供来自参考信号发生器31-4的参考信号。

光检测器电路31还包括两个开关：耦合在光检测器阵列31-1与模拟mux 31-3之间的开关31-5以及耦合在参考信号发生器31-4与模拟mux 31-3之间的开关31-6。开关31-5和31-6是互补开关，意味着当一个开关闭合时，另一开关断开。

系统控制器34也包括两个开关：耦合在系统控制器34的输入与信号处理单元34-1之间的开关34-5，以及耦合在系统控制器34的输入与控制单元34-2之间的开关31-6。开关34-5和34-6是互补开关，意味着当一个开关闭合时，另一开关断开。因此，一次仅有从输入到信号处理单元34-1或控制单元34-2的一个信号路径被连接。更具体地，开关34-5在LIDAR系统以操作模式操作时闭合，以将从光检测器阵列31-1得出的经处理的电信号提供给信号处理单元34-1。此外，开关31-6在LIDAR系统以安全模式操作时闭合，以将从参考信号发生器31-4得出的经处理的参考信号提供给控制单元34-2并且更具体地提供给评估电路34-3。因此，参考信号可以被注入到信号路径中，并且评估电路34-3可以在各个提取点处检查信号通道。

信号处理单元34-1包括：被配置为处理经处理的电信号(即，传感器数据)的DSP61，被配置为检测传感器数据中的对象的对象检测单元62，被配置为确定每个检测到的对象的距离(测距)的距离确定单元63，被配置为确定每个检测到的对象的反射率的反射率单元64，以及被配置为从检测到的对象、所确定的对象距离和所确定的对象反射率来生成3D点云数据的3D点云单元65。

图7是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器700的电信号路径的示意性框图。特别地，LIDAR接收器700的电信号路径类似于图6所示的LIDAR接收器600的电信号路径。然而，在该示例中，LIDAR接收器700被配置为在安全模式期间和/或在操作模式期间评估信号路径。在该示例中，信号路径的评估是在对象级别上执行的。

特别地，控制单元34-2被配置为选择要注入到信号路径中的一个或多个脉冲图案或虚拟对象，其中虚拟对象以固定虚拟距离被放置在点云中的某个虚拟位置处。换言之，虚拟对象被表述为好像是由光检测器阵列31-1从反射离开视场中的对象的光中检测到的并且被插入信号路径中以模拟真实对象。虚拟对象应当很小，使得一致的真实对象不被混淆。

控制单元34-2可以控制参考信号发生器31-4和模拟复用器31-3，使得参考信号发生器31-4生成表示虚拟对象及其距离的参考信号，并且使得模拟复用器31-3将参考信号路由到表示对象位置的一个或多个信号通道。虚拟对象可以在安全模式或操作模式期间被注入到信号路径中。在后一种情况下，虚拟对象将与由光检测器阵列31-1生成的电信号(传感器数据)组合。

由信号处理单元34-1执行的后处理确保了被插入传感器数据中的虚拟对象在预期位置处被检测到并且从点云数据中被去除。因此，信号处理单元34-1还包括从检测到的对象、所确定的对象距离(测距)和所确定的对象反射率来生成初步3D点云数据的初步3D点云单元71，初步3D点云数据包括来自经由参考信号被注入的任何虚拟对象的信息。

信号处理单元34-1还包括滤波器72，滤波器72从控制单元34-2接收虚拟对象数据并且从初步3D点云单元71接收初步3D点云数据，并且从初步3D点云数据中去除虚拟对象数据以生成实际3D点云数据。3D点云单元65最终确定3D点云数据。因此，信号路径的评估可以由评估电路34-3在LIDAR传感器的运行时期间执行。

图8是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器800的电信号路径的示意性框图。特别地，LIDAR接收器800的电信号路径类似于图6和图7分别示出的LIDAR接收器600和700的电信号路径。然而，在该示例中，LIDAR接收器800被配置为在安全模式期间和/或在操作模式期间在脉冲级别上评估信号路径。也就是说，与参考信号的比较以及去除是在物理级别上执行的(例如，对ADC数据或经处理的ADC数据执行的)。

控制单元34-2被配置为以与以上参考图7所述类似的方式选择要注入到信号路径中的一个或多个脉冲图案或虚拟对象。然而，在系统控制器34处，所注入的参考信号在生成点云数据之前从经处理的组合信号中被去除(即，被过滤出)。

被注入到信号路径中的参考信号(即，脉冲)可以不必像图7中那样对虚拟对象建模，但它们被设计为最优地标识信号通道。在系统控制器34处的后处理中，脉冲用于经由通道估计器81提取通道特性(根据功能安全被检查为处于限制内)，并且脉冲通过滤波器82而从经处理的组合信号中被去除。结果，仅从光检测器阵列31-1的电信号得出的经处理的电信号保留在信号路径中，并且被输入到DSP 61以用于生成3D点云数据。

通道估计器81被配置为接收经处理的组合信号，并且基于被注入到信号通道中的参考信号的已知性质(即，基于参考刺激)来估计一个或多个信号通道的一个或多个通道特性，已知性质是从评估电路34-3接收的。通道估计器81被配置为向评估电路34-3提供所估计的通道特性，评估电路34-3然后将所估计的通道特性与期望的通道特性进行比较。基于该比较结果，评估电路34-3确定特定的信号通道是否在功能上符合设置的准则。

图9是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器900的电信号路径的示意性框图。特别地，LIDAR接收器900的电信号路径类似于图6所示的LIDAR接收器600的电信号路径。然而，在该示例中，LIDAR接收器900被配置为在安全模式期间和/或在操作模式期间评估信号路径。在该示例中，信号路径的评估是在对象级别上执行的。

图9是根据一个或多个实施例的LIDAR接收器900的电信号路径的示意性框图。特别地，LIDAR接收器900的电信号路径类似于图6所示的LIDAR接收器600的电信号路径。然而，在该示例中，LIDAR接收器900附加地被配置为从用于注入到信号路径的一个或多个信号通道中的多个不同的脉冲图案中进行选择。将进一步认识到，如参考图3、图4、图5A和图5B类似地讨论的，该方案也可以在图7和图8所示的LIDAR接收器中实现。

光检测器电路31包括存储器设备91，存储器设备91被配置为存储与多个不同的电流脉冲图案相对应的脉冲图案信息。例如，这可以通过使用存储与多个不同的脉冲图案相对应的脉冲图案信息的存储表(例如，查找表)来实现。

光检测器电路31还包括选择元件92，选择元件92被配置为选择多个不同的脉冲图案中的一个脉冲图案，并且基于多个不同的脉冲图案中的所选择的一个脉冲图案来控制参考电流源31-4生成多个参考信号中的至少一个参考信号。特别地，选择元件92可以是被配置为从控制单元34-2接收配置信息的有限状态机或处理器。有限状态机可以基于所接收的配置信息来选择状态。存储器设备91被配置为选择脉冲图案中与状态机的状态相对应的一个脉冲图案，选择性地输出与所选择的脉冲图案相对应的脉冲图案信息，并且将该脉冲图案信息提供给参考信号发生器31-4。换言之，每个脉冲图案可以经由存储表被映射到状态机的一个或多个状态。进而，参考信号发生器31-4根据从存储器设备91接收的脉冲图案信息来生成参考信号。

该方案可以用于模仿光检测器阵列31-1的输出，以及用于测试一个或多个信号通道的特性或者用于测试对各种信号路径配置的响应。例如，某些脉冲图案可以适于并且比其他脉冲图案更适合于测试信号路径的某些特性或条件。类似地，一些脉冲图案可以适于并且比其他脉冲图案更适合于测试信号路径的某些配置。因此，选择元件92可以用于基于从控制单元34-2接收的配置信息来选择某些脉冲图案，其中配置信息对应于待被测试的条件、特性或配置。

在一个示例中，控制单元34可以被配置为修改信号路径配置(即，修改沿着信号路径的一个或多个电路元件的设置)。例如，控制单元34可以修改光检测器阵列31-1、接收器电路32的TIA和ADC电路33的ADC的增益设置。选择元件92可以从控制单元34接收与增益设置相关的信号路径配置信息，并且基于配置信息来选择状态。因此，选择元件92和存储器设备91作为一个整体基于信号路径的配置来选择多个不同的脉冲图案中的一个脉冲图案。

针对第一增益设置，选择元件92和存储器设备91被配置为选择多个不同电流脉冲图案中的第一电流脉冲图案。针对第二增益设置，选择元件92和存储器设备91被配置为选择多个不同电流脉冲图案中的第二电流脉冲图案，等等。在第一增益设置大于第二增益设置的情况下，多个不同电流脉冲图案中的第一电流脉冲图案可以具有比多个不同电流脉冲图案中的第二电流脉冲图案的振幅小的振幅。

因此，控制单元34-2可以通过检查沿着信号路径布置的接收器组件的功能的任何劣化来提供针对接收器信号路径的安全机制。以这种方式，可以检查来自单个像素行路径的信号，或者可以检查来自在模拟复用器31-3处被组合的多个像素行路径的信号。为了帮助保证系统性能，可以针对信号路径中的任何扰动来监测脉冲，并且可以监测每个信号通道的特性以确保它们不随时间而变化或漂移。评估电路34-3可以首先基于参考信号来表征信号通道以生成每个通道的预期结果的模型，将预期结果的模型存储在存储器中，并且然后再次使用参考信号来检查针对预期结果的任何变化。预期结果考虑了增益、群延迟、信号失真、噪声水平、截止频率和其他性质中的一项或多项。

尽管本文中描述的实施例涉及具有镜的MEMS设备，但是应当理解，其他实现可以包括除MEMS镜设备之外的光学设备。另外，尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是显然这些方面也表示对对应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面还表示对应装置的对应块或项或特征的描述。一些或所有方法步骤可以由(或使用)硬件装置执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，这些方法步骤中的一个或多个可以由这样的装置执行。

取决于某些实现要求，本文中提供的实施例可以用硬件或软件实现。实现可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质来执行，数字存储介质例如软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器，数字存储介质与可编程计算机系统协作(或能够与其协作)，使得相应的方法被执行。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

指令可以由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或其他等效的集成或分立逻辑电路。因此，本文中使用的术语“处理器”指的是任何前述结构或适合于实现本文所述技术的任何其他结构。另外，在一些方面，本文中描述的功能可以在专用硬件和/或软件模块内提供。此外，这些技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实现。

上述示例性实施例仅是说明性的。应当理解，本文中描述的布置和细节的修改和变化对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，意图仅受到即将发生的专利权利要求的范围的限制，而不受通过本文中的实施例的描述和解释所呈现的具体细节的限制。

Claims (22)

1.一种飞行时间光检测系统，包括：

多个电路，沿着包括多个信号通道的信号路径顺序布置，所述多个电路包括第一电路和布置在所述第一电路下游的第二电路；

参考信号源，被配置为生成多个参考信号，其中所述多个信号通道中的每个信号通道在所述第一电路处接收所述多个参考信号中的至少一个参考信号；以及

评估电路，耦合到所述多个信号通道以从所述信号路径接收经处理的参考信号，所述评估电路还被配置为将所述经处理的参考信号与第一期望结果进行比较以生成第一比较结果。

2.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中所述参考信号源是电流源，并且所述多个参考信号是电流参考信号。

3.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中所述评估电路被配置为从所述信号路径接收多个经处理的参考信号，所述多个经处理的参考信号中的每个经处理的参考信号是从所述多个参考信号中的至少一个参考信号得出的，并且所述评估电路还被配置为将所述多个经处理的参考信号中的每个经处理的参考信号与多个预期结果中的至少一个预期结果进行比较以生成多个第一比较结果。

4.根据权利要求3所述的飞行时间光检测系统，其中所述评估电路被配置为从所述信号路径的至少两个提取点接收所述多个经处理的参考信号。

5.根据权利要求4所述的飞行时间光检测系统，其中所述至少一个提取点包括在所述第二电路上游的第一提取点和在所述第二电路下游的第二提取点。

6.根据权利要求3所述的飞行时间光检测系统，其中所述评估电路被配置为：

基于所述多个第一比较结果来评估所述多个信号通道的至少一个特性，并且基于所述至少一个特性来确定所述信号路径是否正常运行。

7.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中所述第一电路是光检测器电路，并且所述第二电路是放大器电路或模数转换器电路中的一项。

8.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中：

所述第一电路包括被配置为基于接收光来生成电信号的光检测器阵列，

所述参考信号源被配置为将所述多个参考信号中的一个参考信号在所述第一电路处注入到所述多个信号通道中的每个信号通道中，使得每个参考信号与所述电信号中的至少一个电信号组合以生成组合信号，所述组合信号由所述信号路径处理来生成经处理的组合信号，以及

所述评估电路被配置为从所述信号路径接收经处理的组合信号，所述评估电路还被配置为将所述经处理的组合信号与第二期望结果进行比较以生成第二比较结果。

9.根据权利要求8所述的飞行时间光检测系统，还包括：

滤波器，被配置为从所述信号路径接收所述经处理的组合信号，并且从所述经处理的组合信号中过滤出所述多个参考信号以恢复所述电信号；以及

信号处理电路，被配置为基于所恢复的所述电信号生成对象数据。

10.根据权利要求8所述的飞行时间光检测系统，还包括：

信号处理电路，被配置为从所述信号路径接收所述经处理的组合信号，并且基于所述经处理的组合信号生成第一对象数据；以及

过滤器，被配置为从所述信号处理电路接收所述第一对象数据，检测所述第一对象数据中与所述多个参考信号相对应的虚拟对象数据，并且从所述第一对象数据中去除检测到的所述虚拟对象数据以生成第二对象数据。

11.根据权利要求8所述的飞行时间光检测系统，其中所述评估电路被配置为：

基于所述第二比较结果来评估所述多个信号通道的至少一个特性，并且基于所述至少一个特性来确定所述信号路径是否正常运行。

12.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，还包括：

存储器设备，被配置为存储与多个不同电流脉冲图案相对应的信息；

选择元件，被配置为选择所述多个不同电流脉冲图案中的一个电流脉冲图案，并且基于所述多个不同电流脉冲图案中的所选择的所述一个电流脉冲图案来控制所述参考信号源生成所述多个参考信号中的至少一个参考信号。

13.根据权利要求12所述的飞行时间光检测LIDAR接收器系统，还包括：

系统控制器，被配置为修改所述信号路径的配置，并且

其中所述选择元件被配置为基于所述信号路径的所述配置来选择所述多个不同电流脉冲图案中的一个电流脉冲图案。

14.根据权利要求13所述的飞行时间光检测LIDAR接收器系统，其中所述信号路径的所述配置是所述第一电路或所述第二电路中的至少一个电路的增益设置，其中：

针对第一增益设置，所述选择元件被配置为选择所述多个不同电流脉冲图案中的第一电流脉冲图案，

针对第二增益设置，所述选择元件被配置为选择所述多个不同电流脉冲图案中的第二电流脉冲图案，并且

所述第一增益设置大于所述第二增益设置，并且所述多个不同电流脉冲图案中的所述第一电流脉冲图案具有比所述多个不同电流脉冲图案中的所述第二电流脉冲图案的振幅小的振幅。

15.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中所述第一电路包括模拟复用器，所述模拟复用器耦合到所述多个信号通道，并且被配置为接收所述多个参考信号作为输入并且将所述多个参考信号中的每个参考信号路由到所述多个信号通道中的不同信号通道。

16.根据权利要求15所述的飞行时间光检测系统，其中所述参考信号源和所述模拟复用器被控制为实现所述多个参考信号的时移，使得所述多个信号通道中的相邻通道在不同时间接收所述多个参考信号中的对应的参考信号。

17.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中：

多个第一时间间隔与多个第二时间间隔交错，其中所述第一电路包括光检测器阵列，所述光检测器阵列被配置为在所述多个第一时间间隔期间基于接收光来生成电信号，其中所述光检测器阵列在所述多个第二时间间隔期间不向所述信号路径提供信号，并且

所述参考电流源被配置为在所述多个第二时间间隔期间将所述多个参考信号在所述第一电路处注入到所述多个信号通道中。

18.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，还包括：

系统控制器，

其中所述评估电路被配置为基于所述第一比较结果来检测所述飞行时间光检测系统中的故障，并且将所述故障指示给所述系统控制器，并且

所述系统控制器被配置为接收所述故障，并且响应于所述故障而执行以下中的至少一项：禁用所述飞行时间光检测系统，降低所述飞行时间光检测系统的性能，或者相对于另一对象扫描传感器来降低LIDAR传感器的优先级。

19.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中所述参考信号源被配置为在所述飞行时间光检测系统的两个光获取阶段之间注入所述多个参考信号。

20.根据权利要求1所述的飞行时间光检测系统，其中所述参考信号源被配置为在所述飞行时间光检测系统的光获取阶段期间注入所述多个参考信号。

21.一种飞行时间光检测接收器系统，包括：

多个电路，沿着包括多个信号通道的信号路径顺序布置，所述多个电路包括第一电路和布置在所述第一电路下游的第二电路；

参考信号源，被配置为生成多个参考信号，所述多个信号通道中的每个信号通道在所述第一电路处接收所述多个参考信号中的至少一个参考信号；

所述第一电路，包括多个读出元件和多个光检测器读出通道，所述多个光检测器读出通道表示所述多个信号通道的第一部分并且耦合到所述多个读出元件，所述多个读出元件被配置为将所述多个参考信号选择性地路由到所述多个光检测器读出通道；

所述第二电路，包括表示所述多个信号通道的第二部分的多个处理通道，所述多个处理通道包括多个处理元件，所述多个处理元件被配置为生成从所述多个参考信号得出的经处理的参考信号，并且从所述第二电路输出所述经处理的参考信号；以及

评估电路，耦合到所述信号路径以接收所述经处理的参考信号中的经处理的参考信号，所述评估电路被配置为将所述经处理的参考信号与第一期望结果进行比较以生成第一比较结果。

22.一种评估飞行时间光检测系统中的多个信号通道的至少一个特性的方法，所述飞行时间光检测系统包括多个电路，所述多个电路沿着包括所述多个信号通道的飞行时间光检测信号路径顺序布置，所述多个电路包括第一电路和布置在所述第一电路下游的第二电路，所述方法包括：

生成多个参考信号；

将所述多个参考信号中的至少一个参考信号在所述第一电路处注入到所述多个信号通道中的每个信号通道中，使得所述多个参考信号在所述信号路径中被处理；

将经处理的参考信号与预期结果进行比较以生成比较结果；

基于所述比较结果，评估所述多个信号通道中的至少一个信号通道的所述至少一个特性；以及

基于所述多个信号通道中的所述至少一个信号通道的所评估的所述至少一个特性，确定所述第一电路或所述第二电路中的任一电路是否有缺陷。

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