CN112994690B - 时间-数字转换器以及转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种时间‑数字转换器以及转换方法，根据本发明的一实施例的时间‑数字转换器,包括：锁相环部，利用锁相环对输入参考时钟进行倍增；计数部，对所述倍增后的参考时钟进行计数，并记录输入信号的边沿位置；延迟锁相环部，利用延迟锁相环将所述倍增的参考时钟分解为多相时钟，并在所述所分解的多相时钟中感测所述所记录输入信号的边沿位置部分来记录精细边沿位置；以及控制部，利用所述所记录的边沿位置及所述所记录的精细边沿位置来计算所述输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间的时间差。

Description

时间-数字转换器以及转换方法
技术领域
本发明涉及一种时间-数字转换器以及转换方法，涉及例如可以在激光雷达系统中使用的时间-数字转换器以及转换方法。
背景技术
激光雷达(LIDAR：Light Detection And Ranging)是一种利用光检测物体来测量距离的技术。激光雷达是指利用发射激光后被散射或反射回来的时间及强度、频率的变化、偏振状态的变化等来测量待测物体的距离和浓度、速度、形状等物理性质。
激光雷达类似于利用超高频观测至目标物为止的往返时间来求距离的雷达(RaDAR：Radio Detection And Ranging)，但不同之处在于激光雷达利用光，而雷达利用电波，激光雷达还被称为“影像雷达”。
激光雷达系统等中使用的时间-数字转换器(TDC，Time-to-Digital ConverterTDC)是识别事件并提供发生事件的时间的数字表现或测量2个事件之间的时间间隔的装置。
现有的时间-数字转换器具有游标反相器(Vernier inverter)结构。在游标反相器结构中反相器串联连接，每个反相器的延迟准确度意味着时间分辨率。现有的时间-数字转换器在开始信号和停止信号的上升沿判断延迟差。在开始信号时间点的上升沿之后，物体返回来的时间的内部计数器值在停止信号时间点被激活，从开始信号到停止信号为止的计数器数量被换算为实际距离。如上所述，串联反相器链成为分辨率。
现有方式的问题点在于，现有的时间-数字转换器仅使用单一信道。另外，现有的时间-数字转换器对反相器延迟有很高的依赖性。现有的时间-数字转换器的可检测的时间范围很窄。从开始信号时间点到停止信号的时间点为止的计数器值是指可测量的距离。由于现有的时间-数字转换器依赖于外部环境的变化，因此，难以具有稳定的高分辨率。
如此，激光雷达系统中使用的现有的时间-数字转换器仅使用单一信道、对反相器延迟的依赖性很高、可检测的时间范围较窄、并依赖于外部环境的变化，因此，存在难以具有稳定的高分辨率的问题。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的实施例，其目的在于，提供一种通过输出一起使用锁相环和延迟锁相环而输入的开始信号和停止信号之间的时间差作为数字值，从而，可以精确地测量距离的时间-数字转换器以及转换方法。
然而，本发明所要解决的问题不限于此，还可以在不脱离本发明的精神和领域的范围内的环境中进行各种扩展。
解决技术问题的手段
根据本发明的一实施例的时间-数字转换器，包括：锁相环部，利用锁相环(PLL，Phase Locked Loop)对所输入的参考时钟进行倍频；计数部，对所述经倍频的参考时钟进行计数，并记录输入信号的边沿位置；延迟锁相环部，利用延迟锁相环(DLL,Delay LockedLoop)将所述经倍频的参考时钟分解为多相时钟，并在所述所分解的多相时钟中感测所述所记录的输入信号的边沿位置部分来记录精细边沿位置；以及控制部，利用所述所记录的边沿位置及所述所记录的精细边沿位置来计算所述输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间(ToF,Time of Flight)的时间差。
所述边沿位置和所述精细边沿位置可以记录于所述输入信号的上升沿(Risingedge)和下降沿(Falling edge)的每一个。
另外，所述延迟锁相环部，可以包括：第一延迟锁相环部，利用第一延迟锁相环将所述经倍频的参考时钟分解为第一多相时钟；以及第二延迟锁相环部，利用第二延迟锁相环将所述经分解的第一多相时钟分解为第二多相时钟。
在一实施例中，所述延迟锁相环部在所述分解的多相时钟中感测所述记录的输入信号的边沿位置部分来记录第一精细边沿位置，并在所述分解的第二多相时钟中感测所述记录的第一精细边沿位置部分以记录第二精细边沿位置。
另外，当所述输入信号由多信道输入信号构成时，所述控制部可以扩展所述输入信号的停止信号的信道。
另外，所述控制部可以确认所述输入信号的信号强度，利用所述确认的信号强度来区分目标物，并且利用所述确认的信号强度来校正与目标物的距离误差。
另外，当透射到目标物的光被对象反射时，所述控制部可以利用脉冲宽度和转换时间信息去除与所述被反射的光相对应的噪声信息。
根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换方法，包括：利用延迟锁相环(DLL，Delay Locked Loop)将所述经倍频的参考时钟分解为多相时钟的步骤；对所述经倍频的参考时钟进行计数，并记录输入信号的边沿位置的步骤；在所分解的所述多相时钟中感测所述输入信号的所述边沿位置部分，并记录精细边沿位置的步骤；以及利用所述边沿位置和所述精细边沿位置来计算所述输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间(ToF，Time of Flight)的时间差。
所述边沿位置和所述精细边沿位置可以记录于所述输入信号的上升沿(Risingedge)和下降沿(Falling edge)的每一个。
在一实施例中，记录所述精细边沿位置的步骤，可以包括利用第一延迟锁相环将所述经倍频的参考时钟分解为第一多相时钟的步骤；以及利用第二延迟锁相环将所述所分解的第一多相时钟分解为第二多相时钟的步骤。
在一实施例中，记录所述精细边沿位置的步骤中，可以在所述所分解的多相时钟中感测所述记录的输入信号的边沿位置部分来记录第一精细边沿位置，并可以在所述分解的第二多相时钟中感测所述记录的第一精细边沿位置部分来记录第二精细边沿位置。
另外，在计算所述飞行时间差的步骤中，可以确认所述输入信号的信号强度，利用所述确认的信号强度来区分目标物，并且利用所述确认的信号强度来校正与对象物体的距离误差。
另外，在计算所述飞行时间差的步骤中，当透射到目标物的光被对象反射时，可以利用脉冲宽度和转换时间信息去除与所述反射的光相对应的噪声信息。
发明效果
所公开的技术可以具有以下效果。然而，这并不意味着特定实施例应包括所有以下效果或仅包括以下效果，因此，不应理解为所公开的技术的权利范围被局限于此。
本发明的实施例可以利用多相设计高分辨率的时间-数字转换器。
本发明的实施例通过利用锁相环和延迟锁相环作为反馈系统，从而，可以对外部环境显示出坚固的特性。例如，外部环境可以包括温度和电源电压的变化、制造工艺的变化等。
本发明的实施例通过由信道构成延迟锁相环，从而，可以利用小面积容易扩展信道。
本发明的实施例可以使用计数器以相同的分辨率提高对远距离信号的感测能力。
本发明的实施例可以通过感测脉冲的上升沿和下降沿来提高精度。
附图说明
图1是示出适用本发明的一实施例的激光雷达系统的结构的图。
图2是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器的操作原理的图。
图3是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器的详细框结构的图。
图4是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器的结构的结构图。
图5是示出根据本发明的一实施例的时间-数字转换器的操作时序图的图。
图6及图7是示出根据本发明的一实施例的时间-数字转换器的三步骤TDC操作时序的图。
图8是示出在激光雷达系统中产生的噪声的图。
图9是示出信号的转换时间的图。
图10是示出利用上升沿和下降沿时间信息的脉冲宽度计算操作的图。
图11是示出存储在检测距离信息时间内进入的脉冲的边沿信息的操作的图。
图12是示出利用下降沿对进入采样时钟的上升沿的信号进行采样的操作的图。
图13是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换方法的流程图。
100：激光雷达系统，110：发射部，120：接收部，130：时间-数字转换部，140：MCU部，200：时间-数字转换器，210：锁相环部，220：计数部，230：延迟锁相环，231：第一延迟锁相环，232：第二个延迟锁相环，240：控制部
具体实施方式
本发明可以实行多种变更，可以具有多种实施例，因此在附图中例示特定实施例并进行详细说明。
然而，这些特定实施例并不是用特定的实施形态限定本发明，而应理解为包括本发明的思想以及技术范围中包含的所有变更、均等物乃至替代物。
第一、第二等术语可以用于说明各种构成要素，然而所述构成要素并不被所述术语所限定。所述术语仅作为将一个构成要素从其他构成要素进行区分的目的使用。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可以被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。被称为“以及/或者”的术语包括多个相关记载的项目的组合或者多个相关记载的项目中的某一项目。
当提及到某一构成要素与其他构成要素“连接”或者“接通”时，也可以是与其他构成要素直接连接或者直接接通，然而应理解为在中间还可以存在其他构成要素。与此相反地，当提及到某一构成要素与其他构成要素“直接连接”或者“直接接通”时，应理解为在中间不存在其他构成要素。
本申请中使用的术语仅是为了说明特定实施例而使用的，意图不在于限定本发明。在文脉上没有明确表达其他含义时，单数的表达包括复数的表达。在本申请中，“包括”或者“具备”等术语应理解为是用于指定说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或者其组合的存在，而不是事先排除一个或者其以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构成要素、部件或者其组合的存在或者附加可能性。
没有其他定义时，包括技术或者科学用语在内的在此使用的所有用语具有本发明所属技术领域中具有通常的知识的人通常所理解的相同的含义。如在通常使用的辞典上所定义的相同的术语应解释为具有与相关技术的文脉上所具有的含义相一致的含义，在本申请中没有明确定义时，不应解释为理想或者过分形式上的含义。
以下，参考附图更加详细说明本发明的优选实施例。在说明本发明时，为了便于整体上的理解，对于附图上相同的构成要素，使用相同的附图标记，对于相同的构成要素，省略重复说明。
图1是示出适用本发明的一实施例的激光雷达系统的结构的图。
适用本发明的一实施例的激光雷达系统利用为了感测汽车的前后物体而使用的激光雷达传感器技术。激光雷达系统感测利用光被对象反射回来的时间来感测距离的技术。
在汽车领域中，激光雷达系统用于计算到物体的距离。通过将光信号转换为电信号识别起点和终点来计算时间差并确认距离。由于光速与电波的速度相同，因此，可以通过将光从物体反射回来的时间除以一半，再乘以光速来获得距离。
如图1所示，激光雷达系统100，可分为：发射部110，接收电信号发光；接收部120，接收光并发出电信号；时间-数字转换部130，接收电信号并将时间转换为数字值；以及MCU部140，监视整个系统。
本发明的一实施例涉及在激光雷达系统中使用的时间-数字转换器。时间-数字转换器是计算电信号的时间差并以数字值输出的电路。所输出的数字值是时间差信息，将其用电波的速度计算时可以换算为距离信息。本发明的一实施例提供一种可以精确地测量距离的测距激光雷达的时间-数字转换器。
图2是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器的操作原理的图。
作为解决现有技术问题的手段，本发明的一实施例的目的在于对外部环境的变化可以稳定且精确地感测距离信息。根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200利用锁相环(PLL，Phase Locked Loop)及延迟锁相环(DLL，Delay Locked Loop)来生成对外部环境的影响产生稳定的输出的时钟信号。另外，时间-数字转换器200可以使用计数器来检测远距离，并且可以使用多相来实现高分辨的率精度相同。在此，由于锁相环和延迟锁相环包括反馈电路，因此，可以对工艺变化、温度、电压等外部环境产生稳定的输出。
将说明本发明的技术特征。时间-数字转换器200精确地分析电信号之差并以高分辨率输出是非常重要的。例如，若对约100ps的时间可以表现出位数，则可以具有1.5cm的分辨率。
激光雷达系统的时间-数字转换器200必须在短时间内处理多信道的时间信息，并且要求具有高分辨率的高分辨率性能。根据本发明的一实施例的操作和特征为如下。
时间-数字转换器200利用接收参考频率的锁相环(PLL)对频率进行倍频。
另外，时间-数字转换器200利用延迟锁相环(DLL)对经倍频的时钟(multipliedclock)分解为多相(multi-phase)。
时间-数字转换器200对经倍频的时钟进行计数并对输入信号的边沿存储粗码(Coarse code)。
时间-数字转换器200感测多相中输入信号的边沿所在的部分，并存储在精码(fine code)中。
时间-数字转换器200通过存储开始信号和停止信号来计算时间差。
时间-数字转换器200在构成多信道时通过扩展停止信号的信道来构成系统。
将详细说明根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200的操作原理。
时间-数字转换器200利用接收参考频率的锁相环(PLL)对频率进行倍频。在此，时间-数字转换器200产生高频提高整体分辨率，并且，为了考虑上升沿及下降沿，调整占空比。
另外，时间-数字转换器200利用延迟锁相环(DLL)将经倍频的时钟分解为多相。时间-数字转换器200将分辨率级别分为粗糙部分和精细部分两部分，以形成一个相位。
然后，时间-数字转换器200对经倍频的时钟进行计数，并将粗码存储在输入信号的边沿。此处，上升沿和下降沿分别存储。
另外，时间-数字转换器200在多相中感测输入信号的边沿所在的部分，并存储在精码中。此处，上升沿和下降沿分别存储。
时间-数字转换器200通过存储开始信号和停止信号来计算之差。在此，比较由上升沿测量的ToF和由下降沿测量的ToF值，若判断为有效信号，则适用值。另一方面，当分辨率超过指定数值或异常时，将信息传递给用户。另外，由于时间-数字转换器200的内部系统了解粗糙/精细部分的分辨率，所以，可以间接地得知发生误差的部分。时间-数字转换器200可以累积这些数值，可以用于校正在此后相应时刻进来的信号的值。
另一方面，在构成多信道时，可以通过扩展停止的信道来构成系统。
图3是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器的详细方框结构的图。
CLK_25M表示来自TCXO的ILFM REFCLK。
ILFM(Injection Locked Frequency Multiplier：注入锁定倍频器)表示PLL。输出频率(Out Frequency)为25MHzrequencyke。
计数器(Counter)计数ILFM_out(粗码，13位)。
在TDC 1CH中，存储由ADDLL生成的中间码(Middle code)及精码(Fine code)。在此，中间码(Middle)为8位，精码(Fine)为4位，分别存储在上升沿/下降沿。
开始(START)信号是来自预驱动器(pre driver)的开始信号。
停止信号0至3是来自TIA的停止信号。
TDC控制部(TDC Controller)合成TDC输出代码并生成TDC控制信号。
图4是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器的结构的结构图。
如图4所示，根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换器200包括锁相环部210、计数部220、延迟锁相环部230及控制部240。但是，并非所有图示的构成要素都是必须的构成要素。时间-数字转换器200可以由比图示的构成要素更多的构成要素来实现，并且时间-数字转换器200还可以由比图示的构成要素更少的构成要素来实现。
作为一例，时间-数字转换器200通过将参考时钟倍频25倍生成快频率，并利用计数器来存储对输入脉冲的边沿的系数。在此，系数存储在每个上升沿和下降沿(CNT_Rise/Fall)。
时间-数字转换器200将快频率分为8相，并记录输入脉冲的边沿位置。在此，边沿位置在每个上升沿和下降沿最多记录3次(Coare_Rise/Fall)。
时间-数字转换器200再次将8相分为4相，并记录输入脉冲的边沿位置。在此，每三次上升沿和下降沿记录边沿位置(Fine_Rise/Fall)。
时间-数字转换器200求和并输出最终数据。
下面，将说明图4的时间-数字转换器200的每个构成要素的详细结构及操作。
锁相环部210利用锁相环(PLL，Phase Locked Loop)对输入的参考时钟进行倍频。
计数部220对在锁相环部210倍频的参考时钟进行计数，并记录输入信号的边沿(Edge)位置。
延迟锁相环部230利用延迟锁相环(DLL，Delay Locked Loop)对在锁相环部210倍频的参考时钟分解为多相时钟，在其分解的多相时钟中感测在计数部220记录的输入信号的边沿部分并记录精细边沿位置。
控制部240利用在计数部220记录的边沿位置和在延迟锁相环部230记录的精细边沿位置部分来计算输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间(ToF，Time ofFlight)的时间差。
根据实施例，可以对输入信号的上升沿(Rising edge)和下降沿(Falling edge)分别记录边沿位置和所述精细边沿位置。
根据实施例，延迟锁相环部230，包括：第一延迟锁相环部231，利用第一延迟锁相环将经倍频的参考时钟分解为第一多相时钟；以及第二延迟锁相环部232，利用第二延迟锁相环将经分解的第一多相时钟分解为第二多相时钟。
根据实施例，延迟锁相环部230可以在分解的多相时钟中感测在计数部220记录的输入信号的边沿位置部分，并记录第一精细边沿位置，并可以在所述经分解的第二多相时钟中感测记录的第一精细边沿位置部分来记录第二精细边沿位置。
根据实施例，当输入信号由多信道输入信号构成时，控制部240可以扩展输入信号的停止信号的信道。
根据实施例，控制部240确认输入信号的信号强度，可以利用所确认的信号强度区分目标物，并可以利用确认的信号强度来校正与目标物的距离误差。
根据实施例，当发射到目标物的光被被对象反射时，控制部240可以利用脉冲宽度和转换时间信息去除与所述反射的光相对应的噪声信息。
以这种方式，时间-数字转换器200通过将锁相环和延迟锁相环混合来执行时间-数字转换操作。
时间-数字转换器200通过利用延迟锁相环的多相来执行高分辨率的时间-数字转换操作。
时间-数字转换器200对锁相环的输出进行计数，执行具有宽时域范围的时间-数字转换操作。
时间-数字转换器200执行时间-数字转换操作，使得利用锁相环的输出作为延迟锁相环的输入来得到高分辨率。
时间-数字转换器200实现多信道以执行提高扩展性的时间-数字转换操作。
时间-数字转换器200可以通过感测输入脉冲的上升沿和下降沿来提高精确度。
图5是示出根据本发明的一实施例的时间-数字转换器的操作时序图的图。
如图5所示，当PLL和DLL处于准备状态时，控制部240输出SOC(START ofCalculation)。
控制部240在预定时间之后输出EOC(End of Calculation)信号。
在SOC之后接收到开始(START)信号和停止(STOP)信号，则控制部240计算每个边沿的数据。
控制部240对快频率(例如625MHz，1.6ns)进行计数并分别存储进入输入脉冲的边沿的计数器(counter)值。
在DLL中，按照每个信道存储第三个输入脉冲(开始是第一个)的上升(rise)信息/下降(fall)信息。
控制部240求和并输出最终数据。
图6及图7是示出根据本发明的一实施例的由时间-数字转换器进行的三步骤TDC操作时序的图。
如图6及图7所示，时间-数字转换器200通过低功率(Low Power)和高分辨率(HighResolution)的三步骤(Step)时间-数字转换(TDC)来感测开始(Star)-停止(Stop)之间的时间。
时间-数字转换器200通过PLL/计数器感测一次粗糙(Coarse)边沿。另外，时间-数字转换器200通过C-ADDLL感测二次中间(Middle)边沿。时间-数字转换器200通过F-ADDLL感测三次精细(Fine)边沿。
图8是示出在激光雷达系统中产生的噪声的图。
根据本发明的一实施例，可以改善在图8所示的激光雷达系统中产生的噪声(游走误差，walk error)。本发明的一实施例，当输入信号的转换时间(transition time)长而不能准确地判断边沿的位置时，可以利用上升数据和下降数据的中间值作为数据进行校正。
另外，将说明激光雷达系统的距离检测误差信号处理方法。
图9是示出信号的转换时间的图。
激光雷达的TOF在信号放大器和TDC输出边沿的时间数据。
在一般的激光雷达中，根据距离和反射程度，接收信号的上升/下降、脉冲宽度(Pulse width)可能会有所不同。
根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200可以识别信号的强度来区分物体信息，并校正距离误差。
时间-数字转换器200在信号放大端基于特定临界点放大信号。时间-数字转换器200通过对相同信号改变临界点电压来提取时间信息。通过比较两个时间信息之间的差，可以得知信号的转换(transition)时间。时间-数字转换器200利用转换信息来感测信号的强度。
当光线较强时，信号转换较快，当光线较弱时，信号转换较慢。在相同距离的光强度可以用来确定物体的状态。例如，可以用于区分光的反射程度不同的白色和黑色的边界。移动中的车辆前方的路面有白色车道和黑色车道。即使具有相同的距离信息，由于反射程度不同，因此，可以在检测距离的同时区分车道。
另外，例如，由金属而成的车辆和穿着衣服的人的光反射度不同。因此，当感应到危险时，若区分判断车辆和人，则可以避免人身事故。
图10是示出利用上升沿和下降沿时间信息的脉冲宽度计算操作的图。
时间-数字转换器200可以利用上升沿和下降沿的时间信息来计算脉冲宽度。
根据距离，返回来的光的强度会有所不同，并且脉冲宽度也不同。时间-数字转换器200可以利用脉冲宽度信息来校正距离信息的误差。时间-数字转换器200可以将接收的脉冲宽度信息与事先创建的查找表(lookup table)进行比较，并将其用于最终距离信息校正。
图11是示出存储在检测距离信息时间内进入的脉冲的边沿信息的操作的图。
在实际情况下，光线还会被灰尘、雪、雨等对象反射。提出在这种噪声情况下区分真实物体和噪声的方法。
激光雷达检测距离信息的时间是将光发射至LD并从LD返回来的时间。为了检测200m的距离，必须可以检测约1.5μs时间期间。
1.5μs的时间期间输入的TOF脉冲包含对物体的信息和对噪声的信息。
若将时间信息仅存储一次，则在噪声物体比真实物体更近时，会发生无法判断与真实物体的距离的问题。
为了解决所述问题，时间-数字转换器200可以存储在距离信息检测时间内进入的脉冲的所有边沿信息，并利用脉冲宽度和转换时间信息来去除噪声。
图12是示出利用下降沿对进入采样时钟的上升沿的信号进行采样的操作的图。
在激光雷达系统中，与内部采样时钟无关，将TOF脉冲的边沿作为异步(Asynchronoμs)信号输入。
利用计数器的TDC利用具有预定周期的采样时钟，但是，在采样定时沿输入的TOF脉冲可能无法输出准确的计数器结果。
这会导致计数器1位错误(counter 1bit error)，并且在激光雷达感测距离时会发生20cm以上的误差。
本发明的实施例利用一种利用DLL在使用多相的TDC中重新定时(Retiming)输入脉冲的方法。
时间-数字转换器200利用采样时钟重新定时输入脉冲时，利用下降沿对进入采样时钟的上升沿的信号进行采样。
例如，如图12所示，红色位置301必须具有3/8或4/1的值。
所识别计数器值为3，而所识别的多相值为1时，则结果为3/1。
相反，还可以具有4/8的结果。
根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200，当输入边沿进入8相的多相的‘1’或‘相的的位置时，用采样时钟(sampling clock)的下降存储计数器值。然后，若值为‘为，，则保持该计数器值，若值为‘为器，则时间-数字转换器200存储从计数器值减1的值。
可以通过利用防止这种亚稳采样(metastability sampling)误差的方法来解决距离检测误差。
图13是示出根据本发明的一实施例的激光雷达系统中的时间-数字转换方法的流程图。
在步骤S101中，时间-数字转换器200利用锁相环(PLL，Phase Locked Loop)对所输入的参考时钟进行倍频。
在步骤S102中，时间-数字转换器200利用延迟锁相环(DLL，Delay Locked Loop)将在锁相环部210倍频的参考时钟分解为多相时钟。
在步骤S103中，时间-数字转换器200对在锁相环部210经倍频的参考时钟进行计数并记录输入信号的边沿位置。
在步骤S104中，时间-数字转换器200在经分解的多相时钟中感测在计数部220记录的输入信号的边沿位置部分，并记录精细边沿位置。
在步骤S105中，时间-数字转换器200利用在计数部220记录的边沿位置和在延迟锁相环部230记录的精细边沿位置来计算输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间(ToF，Time of Flight)的时间差。
另外，本发明的一实施例可以提供利用多相且高分辨率的时间-数字转换器200及方法。例如，时间-数字转换器200具有50ps的高分辨率性能，可以具有0.75cm的高精度距离感测性能。
在本发明的一实施例中利用的锁相环(PLL)及延迟锁相环(DLL)是反馈系统，对外部环境表现出坚固的特性。在此，外部环境可以包括温度及电源电压的变化、制造工艺的变化等。
根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200共同利用锁相环(PLL)，由信道构成延迟锁相环(DLL)，从而利用小面积容易扩张信道。这样可以降低系统成本。
根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200可以使用计数器以相同的分辨率提高对于远距离信号的感测能力。例如，可以检测到约1.62如，，距离为约246m。通过将测量范围分为两个粗糙范围/精细范围，不需要更多地增加计数器值来测量每秒移动50m以上的车辆的远距离。
根据本发明的一实施例的时间-数字转换器200可以通过感测脉冲的上升沿和下降沿提高精度。可以改善在激光雷达系统中产生的噪声(游走误差)。在输入信号的转换时间较长而无法准确地判断边沿的位置时，可以利用上升数据和下降数据之间的中间值作为数据来校正。
以上本发明的方法可由计算机可读记录介质上的计算机可读代码实现。计算机可读记录介质包括存储有可通过计算机系统解码的数据的所有种类的记录介质。例如，可以有只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁带、磁盘、闪存、光学数据存储设备等。
以上，参照附图及实施例说明了本发明，但是，这并不意味着本发明的保护范围由附图及实施例而限定，应理解本发明所属领域的技术人员在不脱离权利要求范围中记载的本发明的思想及领域的范围内可对本发明进行各种修改及变更。

Claims (13)

1.一种时间-数字转换器，其中，包括：
锁相环部，利用锁相环对所输入的参考时钟进行倍频；
计数部，对经倍频的所述参考时钟进行计数，并记录输入信号的边沿位置；
延迟锁相环部，利用延迟锁相环将经倍频的所述参考时钟分解为多相时钟，并在所分解的所述多相时钟中感测所记录的所述输入信号的边沿位置部分来记录精细边沿位置；以及
控制部，利用所记录的所述边沿位置及所记录的所述精细边沿位置来计算所述输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间的时间差。
2.根据权利要求1所述的时间-数字转换器，其中，所述边沿位置和所述精细边沿位置记录于所述输入信号的上升沿和下降沿的每一个。
3.根据权利要求1所述的时间-数字转换器，其中，所述延迟锁相环部，包括：
第一延迟锁相环部，利用第一延迟锁相环将经倍频的所述参考时钟分解为第一多相时钟；以及
第二延迟锁相环部，利用第二延迟锁相环将经分解的所述第一多相时钟分解为第二多相时钟。
4.根据权利要求1所述的时间-数字转换器，其中，所述延迟锁相环部在分解的所述多相时钟中感测记录的所述输入信号的边沿位置部分来记录第一精细边沿位置，并在分解的第二多相时钟中感测记录的所述第一精细边沿位置部分以记录第二精细边沿位置。
5.根据权利要求1所述的时间-数字转换器，其中，当所述输入信号由多信道输入信号构成时，所述控制部扩展所述输入信号的停止信号的信道。
6.根据权利要求1所述的时间-数字转换器，其中，所述控制部确认所述输入信号的信号强度，利用确认的所述信号强度来区分目标物，并且利用确认的所述信号强度来校正与目标物的距离误差。
7.根据权利要求1所述的时间-数字转换器，其中，当透射到目标物的光被对象反射时，所述控制部利用脉冲宽度和转换时间信息去除与被反射的光相对应的噪声信息。
8.一种激光雷达系统中的时间-数字转换方法，其中，包括：
利用锁相环对输入的参考时钟进行倍频的步骤；
利用延迟锁相环将经倍频的所述参考时钟分解为多相时钟的步骤；
对经倍频的所述参考时钟进行计数，并记录输入信号的边沿位置的步骤；
在所分解的所述多相时钟中感测所述输入信号的所述边沿位置部分，并记录精细边沿位置的步骤；以及
利用所述边沿位置和所述精细边沿位置来计算所述输入信号的开始信号和停止信号之间的飞行时间的时间差。
9.根据权利要求8所述的激光雷达系统中的时间-数字转换方法，其中，所述边沿位置和所述精细边沿位置记录于所述输入信号的上升沿和下降沿的每一个。
10.根据权利要求8所述的激光雷达系统中的时间-数字转换方法，其中，记录所述精细边沿位置的步骤，包括：
利用第一延迟锁相环将经倍频的所述参考时钟分解为第一多相时钟的步骤；以及
利用第二延迟锁相环将所分解的所述第一多相时钟分解为第二多相时钟的步骤。
11.根据权利要求8所述的激光雷达系统中的时间-数字转换方法，其中，记录所述精细边沿位置的步骤中，在所分解的所述多相时钟中感测记录的所述输入信号的边沿位置部分来记录第一精细边沿位置，并在分解的第二多相时钟中感测记录的所述第一精细边沿位置部分来记录第二精细边沿位置。
12.根据权利要求8所述的激光雷达系统中的时间-数字转换方法，其中，在计算所述飞行时间的时间差的步骤中，确认所述输入信号的信号强度，利用确认的所述信号强度来区分目标物，并且利用确认的所述信号强度来校正与目标物的距离误差。
13.根据权利要求8所述的激光雷达系统中的时间-数字转换方法，其中，在计算所述飞行时间的时间差的步骤中，当透射到目标物的光被对象反射时，利用脉冲宽度和转换时间信息去除与反射的光相对应的噪声信息。
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