CN112255618B - 一种像元级的时刻鉴别电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像元级的时刻鉴别电路，输入脉冲电压连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接阈值电压，比较器的输出端经固定延迟单元连接反相器后输入整形驱动单元作为输出，反相器由第三P型晶体管和第四N型晶体管组成，比较器的输出端还经低通滤波单元连接第八N型晶体管的栅极，所述第八N型晶体管的源极接地，漏极通过上拉电阻连接供电电压，所述第八N型晶体管的漏极还连接第一P型晶体管的栅极，第一P型晶体管的源极连接供电电压，所述第一P型晶体管的漏极连接第三P型晶体管的源极，所述第三P型晶体管的源极和第四N型晶体管的源极连接外部公用偏置电路。可以应用于阵列激光雷达测距电路的每个像元，提高了时刻鉴别精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种时刻鉴别电路，具体地涉及一种像元级的时刻鉴别电路，可以适用于阵列激光雷达测距电路。
背景技术
阵列激光雷达测距电路阵列规模达到64×64像元甚至更大，激光雷达读出电路只能采用单片集成的方法实现。电路阵列中的每个像元均包含跨阻放大器（TIA）、时刻鉴别电路和时间数字转换电路。APD光敏芯片将接收到的激光窄脉冲回波信号转换成电流信号。TIA对APD输出的电流信号进行放大并转换成一定幅度的电压信号；时刻鉴别电路是对TIA输出电压进行实时监测，以产生用于记录激光脉冲飞行时间开始和停止的信号，它的性能决定着飞行时间探测的精度，其核心是一个高速比较器。
传统的固定阈值检测是最普通的时刻鉴别方法，只需通过一个比较器和一个参考电压，就可获取回波脉冲前沿到来的时刻信息，结构较简单。然而，如图1所示，这种鉴别方式所获得的前沿时刻会有较大的误差，其主要是受到回波脉冲的几何形状和幅度等因素的影响，即使同一时刻到达的信号，也会因为信号幅度的不同会导致时刻鉴别偏差。
公告号为CN 210109328 U的专利公开了一种时刻鉴别电路及激光雷达装置，所述时刻鉴别电路包括：自动增益模块，延时模块，衰减模块，第一比较器，第二比较器和与门模块；所述自动增益模块输入端与输入信号连接，输出端分别与所述延时模块的输入端和所述衰减模块的输入端连接；所述延时模块的输出端与所述第一比较器的输入端连接；所述衰减模块的输出端分别与所述第一比较器和所述第二比较器的输入端连接；所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端分别与所述与门模块的两个输入端连接；所述与门模块输出时刻鉴别信号。其通过采用自动增益模块，使电路的增益自动地随输入信号强度而调整，进而可以消除误差，提高时间的鉴别精度。其通过自动增益模块使电路的增益自动地随输入信号强度而调整，使得电路结构复杂并不适用于规模大的电路阵列。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种像元级的时刻鉴别电路，可以应用于阵列激光雷达测距电路的每个像元，可根据输入脉冲电压幅度的大小自动调整比较器的输出前沿时间，保证其不受输入脉冲电压幅度的影响，提高了时刻鉴别精度。
本发明的技术方案是：
一种像元级的时刻鉴别电路，输入脉冲电压连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接阈值电压，比较器的输出端经固定延迟单元连接反相器后输入整形驱动单元作为输出，所述反相器由第三P型晶体管和第四N型晶体管组成，所述比较器的输出端还经低通滤波单元连接第八N型晶体管的栅极，所述第八N型晶体管的源极接地，漏极通过上拉电阻连接供电电压，所述第八N型晶体管的漏极还连接第一P型晶体管的栅极，第一P型晶体管的源极连接供电电压，所述第一P型晶体管的漏极连接第三P型晶体管的源极，所述第三P型晶体管的源极和第四N型晶体管的源极连接外部公用偏置电路。
优选的技术方案中，所述外部公用偏置电路包括第六P型晶体管和第七N型晶体管，所述第六P型晶体管的源极连接供电电压，栅极连接漏极，所述第六P型晶体管的漏极连接第七N型晶体管的漏极，所述第七N型晶体管的栅极连接外部偏压，所述第七N型晶体管的源极接地。
优选的技术方案中，所述第三P型晶体管的源极通过第二P型晶体管连接外部公用偏置电路，所述第四N型晶体管的源极通过第五N型晶体管连接外部公用偏置电路。
优选的技术方案中，所述第三P型晶体管的源极连接第二P型晶体管的漏极，所述第二P型晶体管的源极连接供电电压，所述第二P型晶体管的栅极连接第六P型晶体管的栅极；所述第四N型晶体管的源极连接第五N型晶体管的漏极，所述第五N型晶体管的栅极连接第七N型晶体管的栅极，所述第五N型晶体管的源极连接第七N型晶体管的源极。
本发明还公开了一种阵列激光雷达测距电路，包括电路阵列，所述电路阵列的每个像元包括上述任一种所述的时刻鉴别电路，每个像元的时刻鉴别电路共用外部公用偏置电路。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明可以应用于阵列激光雷达测距电路的每个像元，不需要通过自动增益模块就可以根据输入脉冲电压幅度的大小自动调整比较器的输出前沿时间，保证其不受输入脉冲电压幅度的影响，提高了时刻鉴别精度。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是传统的时刻鉴别电路中比较器输出波形图；
图2是本发明像元级的时刻鉴别电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1：
本发明的像元级的时刻鉴别电路由高速比较器、固定延迟单元、低通滤波单元和晶体管M0、M1、M2、M3、M4、M7、R1及整形驱动单元组成。其中各部分的作用如下：
M5和M6及偏压VB是所有像元外部的公用偏置电路，给每个像元的M1和M4提供偏置电压。M1和M4为电流源，给M2和M3提供偏置电流。M2和M 3构成反相器，M0、M7、R1组成一个可控电流源。
具体的电路结构如图2所示，输入脉冲电压连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接阈值电压VREF，比较器的输出端A经固定延迟单元连接反相器后输入整形驱动单元作为输出E，反相器由第三P型晶体管M2和第四N型晶体管M3组成，比较器的输出端A还经低通滤波单元连接第八N型晶体管M7的栅极，第八N型晶体管M7的源极接地，漏极通过上拉电阻R1连接供电电压VCC，第八N型晶体管M7的漏极还连接第一P型晶体管M0的栅极，第一P型晶体管M0的源极连接供电电压VCC，第一P型晶体管M0的漏极连接第三P型晶体管M2的源极，第三P型晶体管M2的源极和第四N型晶体管M3的源极连接外部公用偏置电路。
一较佳的实施例中，外部公用偏置电路包括第六P型晶体管M5和第七N型晶体管M6，第六P型晶体管M5的源极连接供电电压，栅极连接漏极，第六P型晶体管M5的漏极连接第七N型晶体管M6的漏极，第七N型晶体管M6的栅极连接外部偏压VB，第七N型晶体管M6的源极接地。
一较佳的实施例中，第三P型晶体管M2的源极通过第二P型晶体管M1连接外部公用偏置电路，第四N型晶体管M3的源极通过第五N型晶体管M4连接外部公用偏置电路。M1和M4作为电流源。
一较佳的实施例中，第三P型晶体管M2的源极连接第二P型晶体管M1的漏极，第二P型晶体管M1的源极连接供电电压VCC，第二P型晶体管M1的栅极连接第六P型晶体管M5的栅极；第四N型晶体管M3的源极连接第五N型晶体管M4的漏极，第五N型晶体管M4的栅极连接第七N型晶体管M6的栅极，第五N型晶体管M4的源极连接第七N型晶体管M6的源极。
电路具体说明如下：
高速比较器的同相输入端接阈值电压VREF，反相输入端接输入脉冲电压。当输入脉冲电压未到来时，比较器输出A点为高，经过固定延迟单元后，B点输出为高，C点输出为低，经过整形驱动单元后，E点输出电压为低。
当输入脉冲电压到来后，如果其电压幅值大于VREF，比较器发生翻转，A点输出一个反相脉冲；同时，该脉冲经过一个简单的低通滤波单元，D点输出一个与输入脉冲幅度大小相关的缓变电平，该电平控制M7的栅压，进而改变M0源漏电流的大小。
当输入脉冲幅度较大时，M0的源漏电流较小；当输入脉冲幅度较小时，M0的源漏电流较大。因此，对于同一时刻到来的脉冲，当脉冲幅度不同时，因为M0的自动调节作用，使得C点和E点的输出脉冲电压的上升沿基本保持不变。
因为低通滤波单元具有一定的延迟，所以本发明加入一个固定延迟单元，以保证M0的自动调节功能有效。
实施例2：
本发明还公开了一种阵列激光雷达测距电路，包括电路阵列，电路阵列的每个像元包括上述任一种时刻鉴别电路，每个像元的时刻鉴别电路共用外部公用偏置电路。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (5)
1.一种像元级的时刻鉴别电路，其特征在于，输入脉冲电压连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接阈值电压，比较器的输出端经固定延迟单元连接反相器后输入整形驱动单元作为输出，所述反相器由第三P型晶体管和第四N型晶体管组成，所述比较器的输出端还经低通滤波单元连接第八N型晶体管的栅极，所述第八N型晶体管的源极接地，漏极通过上拉电阻连接供电电压，所述第八N型晶体管的漏极还连接第一P型晶体管的栅极，第一P型晶体管的源极连接供电电压，所述第一P型晶体管的漏极连接第三P型晶体管的源极，所述第三P型晶体管的源极和第四N型晶体管的源极连接外部公用偏置电路。
2.根据权利要求1所述的像元级的时刻鉴别电路，其特征在于，所述外部公用偏置电路包括第六P型晶体管和第七N型晶体管，所述第六P型晶体管的源极连接供电电压，栅极连接漏极，所述第六P型晶体管的漏极连接第七N型晶体管的漏极，所述第七N型晶体管的栅极连接外部偏压，所述第七N型晶体管的源极接地。
3.根据权利要求2所述的像元级的时刻鉴别电路，其特征在于，所述第三P型晶体管的源极通过第二P型晶体管连接外部公用偏置电路，所述第四N型晶体管的源极通过第五N型晶体管连接外部公用偏置电路。
4.根据权利要求3所述的像元级的时刻鉴别电路，其特征在于，所述第三P型晶体管的源极连接第二P型晶体管的漏极，所述第二P型晶体管的源极连接供电电压，所述第二P型晶体管的栅极连接第六P型晶体管的栅极；所述第四N型晶体管的源极连接第五N型晶体管的漏极，所述第五N型晶体管的栅极连接第七N型晶体管的栅极，所述第五N型晶体管的源极连接第七N型晶体管的源极。
5.一种阵列激光雷达测距电路，其特征在于，包括电路阵列，所述电路阵列的每个像元包括上述权利要求1-4任一项所述的时刻鉴别电路，每个像元的时刻鉴别电路共用外部公用偏置电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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