CN114341667B - 激光接收电路和激光雷达 - Google Patents

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Abstract

一种激光接收电路和激光雷达，属于激光雷达领域。在激光接收电路中增加直流偏置电路(402)，直流偏置电路(402)在模数转换器(403)的输入端口上加载反向直流电压信号，使模数转换器(403)的输入电压信号的基线下移，可以增加模数转换器(403)的输入动态范围，增加前级的放大电路(401)的增益，进而提高激光接收电路的信噪比，增加测距性能。

Description

激光接收电路和激光雷达
技术领域
本申请涉及电路领域，尤其涉及一种激光接收电路和激光雷达。
背景技术
在激光雷达中，激光接收电路用于接收目标物体反射形成的回波激光信号，激光接收电路主要包括：接收传感器、TIA(trans-impedance amplifier，跨阻放大器)、放大电路、ADC(analog-to-digital converter，模数转换器)和控制器。激光接收电路的主要工作过程包括：接收传感器接收回波激光信号，将回波激光信号进行光电转换得到电流信号，TIA将电流信号转换为电压信号，放大电路将电压信号进行放大处理后送到ADC进行采样得到采样信号，ADC将采样信号传输至控制器进行处理。在激光接收电路中，ADC通常采用高速差分输入，且输入端口的耦合方式一般为交流耦合方式，ADC的输入动态范围会对测距性能造成影响，因此如何提高ADC的输入动态范围是目前亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了的激光接收电路及激光雷达，可以解决相关技术中模数转换器的实际输入动态范围不足造成的接收信噪比降低的问题。所述技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种激光接收电路，包括：
放大电路，与模数转换器相连，用于对输入的第一电压信号进行放大处理得到第二电压信号；其中，所述第二电压信号为交流电压信号；
直流偏置电路，与所述模数转换器相连，用于生成反向直流电压信号；其中，所述反向直流电压信号和所述第二电压信号叠加后得到第三电压信号；
所述模数转换器，用于对所述第三电压信号进行采样处理。
第二方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，包括上述的激光接收电路。
本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
在激光接收电路中增加直流偏置电路，直流偏置电路在模数转换器的输入端口上加载反向直流电压信号，使模数转换器的输入电压信号的基线下移，可以增加模数转换器的输入动态范围，增加前级的放大电路的增益，进而提高激光接收电路的信噪比，增加测距性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种相关技术的激光接收电路的结构示意图；
图2是模数转换器支持的输入动态范围的示意图；
图3模数转换器实际的输入动态范围的示意图；
图4是本申请实施例提供的激光接收电路的框图；
图5是本申请实施例提供的加载反向直流电压信号后模数转换器实际的输入动态范围的示意图；
图6～图8为本申请实施例提供的激光发送电路的另一结构示意图；
图9是本申请实施例提供的电阻分压电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。
图1示出了相关技术中激光接收电路的结构示意图，激光接收电路包括：接收传感器、TIA、放大电路、ADC和控制器。接收传感器接收回波激光信号，将回波激光信号进行光电转换得到电流信号，TIA将电流信号转换为电压信号，放大电路将电压信号进行放大处理后送到ADC进行采样得到采样信号，ADC将采样信号传输至控制器进行处理。
参见图2所示，ADC支持的输入动态范围为-FS～+FS，该输入动态范围是ADC的固有参数值。TIA输出的电压信号为正向电压信号，经过放大电路放大后输入到ADC的电压信号也为正向电压信号，ADC采用全差分输入方式，参考输入共模电压信号VCMI可以由ADC自身提供，也可以通过外部电路提供，则ADC实际的输入电压范围为如图3所示的VCMI～+FS之间，ADC实际的输入动态范围相当于只达到ADC支持的输入电压范围的一半，ADC实际的输入动态范围的减小会降低激光接收电路的信噪比，从而测距性能变差。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种激光接收电路，参见图4所示，本申请实施例的激光接收电路包括：放大电路401、直流偏置电路402和模数转换器403。
放大电路401，与模数转换器403相连，用于将输入的第一电压信号进行放大处理得到第二电压信号，第二电压信号为交流电压信号；第一电压信号可以是TIA输入的电压信号。
直流偏置电路402，与所述模数转换器403相连，用于生成反向直流电压信号，反向直流电压信号的电压值为负值；其中，所述反向直流电压信号和所述第二电压信号叠加后得到第三电压信号；。
模数转换器403，用于对对所述第三电压信号进行采样处理。采样处理后生成的数字信号可以发送给控制器进行后续处理。
在本实施例中，放大电路401、直流偏置电路402和模数转换器403均为双端口电路，放大电路401的第一输出端与模数转换器402的正输入端相连，放大电路401的第二输出端与模数转换器403的负输入端相连；直流偏置电路402的第一输出端与模数转换器403的正输入端相连，直流偏置电路402的第二输出端与模数转换器403的负输入端相连。假设放大电路401输出的第二电压信号的电压范围提升到0～2Fs，直流偏置电路402产生的反向直流电压信号的电压值为-Fs，由于第二电压信号为交流电压信号，反向直流电压信号为直流电压信号，那么将第一电压信号和反向直流电压信号进行叠加后生成的第三电压信号的电压范围为-Fs～+Fs，即模数转换器403实际的输入动态范围为如图5所示的-Fs～+Fs，其输入动态范围相比相关技术中的0～Fs相比得到较大提升，模数转换器403的输入动态范围的增加相应会增加激光接收电路的信噪比，提高测距性能。
本申请就图6～图8对直流偏置电路402的结构进行说明：
参见图6，为本申请实施例提供的一种激光接收电路的另一结构示意图，激光接收电路包括：接收传感器404、TIA405、放大电路401、直流偏置电路402、模数转换器402和控制器406。直流偏置电路402包括：第一直流电压源Vo1、第一电阻R1、第二直流电压源Vo2和第二电阻R2。
其中，接收传感器404与TIA405相连，TIA405与放大电路401相连，放大电路401设置有两个输出端：第一输出端和第二输出端，模数转换器403设置有两个输入端：正输入端和负输入端。放大电路401的第一输出端与模数转换器403的正输入端相连，放大电路401的第二输出端与模数转换器403的负输入端相连；第一直流电压源Vo1的正极通过第一电阻R1与模数转换器403的正输入端相连，第一直流电压源Vo1的负极接地；第二直流电压源Vo2的正极通过第二电阻R2与模数转换器403的负输入点相连，第二直流电压源Vo2的负极接地。模数转换器403内部或外部设置有分压电阻R3，分压电阻R3跨接在模数转换器403的正输入端和负输入端之间，第一直流电压源Vo1的输出电压值小于第二直流电压源Vo2的输出电压值，以起到在模数转换器403的输入端口上加载反向直流电压信号的效果。
可选的，激光接收电路还包括：第一电容C1和第二电容C2，放大电路401的第一输出端通过第一电容C1与模数转换器403的正输入端相连，放大电路401的第二输出端通过第二电容C2与模数转换器403的负输入端相连。第一电容C1和第二电容C2的器件参数值相同，器件参数值包括电容值，第一电容C1和第二电容C2用于隔离放大电路401输出的第二电压信号中的直流分量。
其中，设第一直流电压源Vo1的输出电压值为V1，第二直流电压源Vo2的输出电压 值为V2，那么模数转换器403的输入端口上加载的电压值为分压电阻R3上加载的电压值，该 电压值，第一直流电压源
Vo1的输出电压值V1小于第二直流电压源Vo2的输出电压值V2，根据上述公式可知模数转换器403的输入端口上加载的电压值为负值，由此可知在放大电路401的输出电压值为0时，模数转换器403的输入端口上的电压值为负值；可选的，可以根据模数转换器403支持的输入动态范围的最小值确定Vin的值，模数转换器403的输入端口上的电压值为一个负值，相当于将模数转换器403的输入基线降低，从而提升其输入动态范围。例如：模数转换器403支持的输入动态范围为-Fs～Fs，其最小值为-Fs，则直流偏置电路402在模数转换器403的输入端口上加载的电压值为-Fs，相应的模数转换器403实际的输入动态范围(0～2Fs)等于其支持的输入动态范围-Fs～Fs。
参见图7，为本申请实施例提供的一种激光接收电路的结构示意图，在本实施例和图6的激光接收电路的区别仅在于直流偏置电路402的结构不同，本实施例的直流偏置电路402包括：第一电阻R1、第二电阻R2、数模转换器，数模转换器设置有2个输出端：第一输出端和第二输出端，2个输出端可以输出直流电压信号。数模转换器的第一输出端通过第一电阻R1与模数转换器403的正输入端相连，数模转换器的第二输出端通过第二电阻R2与模数转换器403的负输入端相连，数模转换器的控制端与控制器406相连。模数转换器403内部或外部设置有分压电阻R3，分压电阻R3跨接在模数转换器403的正输入端和负输入端之间。
其中，数模转换器的第一输出端输出的直流电压信号的电压值为V1，第二输出端输出的直流电压信号为V2，V1＜V2，模数转换器403的输入端口加载的反向直流电压信号的电压值参见图6的公式所示，此处不再赘述。
参见图8，为本申请实施例提供的一种激光接收电路的结构示意图，在本实施例和图6的激光接收电路的区别仅在于直流偏置电路402的结构不同，本实施例中直流偏置电路402包括：第一电阻R1、第二电阻R2、电压跟随器和电阻分压电路。电阻分压电路与电压跟随器相连，电压跟随器设置有两个输出端：第一输出端和第二输出端，第一输出端通过第一电阻R1与模数转换器403的正输入端相连，第二输出端通过第二电阻R2与模数转换器403的负输入端相连，电压跟随器的特性为：高输入电阻、低输出电阻、电压增益为1，即输入电压值等于输出电压值。
其中，第一输出端输出的直流电压信号的电压值为V1，第二输出端输出的直流电压信号的电压值为V2，电阻分压电路可以输出两路直流电压信号，V1＜V2，模数转换器403的输入端口加载的反向直流电压信号的电压值参见图6的公式所示，此处不再赘述。例如：参见图9所述的电阻分压电路，电阻分压电路包括第四电阻R4、第五电阻R5和直流电压源DC，直流电压源DC的输出电压值为V，那么电压跟随器的第一输出端上的电压值V1＝R5×V/(R4+R5)，电压跟随器的第二输出端上的电压值V2＝V。
本申请的实施例中，在激光接收电路中增加直流偏置电路，直流偏置电路在模数转换器的输入端口上加载反向直流电压信号，使模数转换器的输入电压信号的基线下移，可以增加模数转换器的输入动态范围，增加前级的放大电路的增益，进而提高激光接收电路的信噪比，增加测距性能。
本申请实施例还提供了一种激光雷达，包括上述的激光接收电路。
具体地，上述激光接收电路可以应用在激光雷达中，激光雷达中除了激光接收电路外，还可以包括电源、处理设备、光学接收设备、旋转底座、外壳以及人机交互设备等具体结构。可以理解的是，激光雷达可以为单路激光雷达，包括有一路上述激光接收电路，激光雷达也可以为多路激光雷达，包括多路上述激光接收电路以及相应的控制系统，其中多路的具体数量可以根据实际需求确定。
上述激光雷达，通过在激光接收电路中增加直流偏置电路，直流偏置电路在模数转换器的输入端口上加载反向直流电压信号，使模数转换器的输入电压信号的基线下移，可以增加模数转换器的输入动态范围，增加前级的放大电路的增益，进而提高激光接收电路的信噪比，增加测距性能。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种激光接收电路，其特征在于，包括：
放大电路，与模数转换器相连，用于对输入的第一电压信号进行放大处理得到第二电压信号；其中，所述第二电压信号为交流电压信号；
直流偏置电路，与所述模数转换器相连，用于生成反向直流电压信号；其中，所述反向直流电压信号和所述第二电压信号叠加后得到第三电压信号；
所述模数转换器，用于对所述第三电压信号进行采样处理。
2.根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，所述反向直流电压信号的电压值等于所述模数转换器支持的输入动态范围的最小值。
3.根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，所述直流偏置电路包括：第一电阻、第二电阻、分压电阻、第一直流电压源和第二直流电压源，所述放大电路设置有第一输出端和第二输出端，所述模数转换器设置有正输入端和负输入端；
所述第一直流电压源的正极通过所述第一电阻与所述模数转换器的正输入端相连，所述第一直流电压源的负极接地；
所述第二直流电压源的正极通过所述第二电阻与所述模数转换器的负极相连，所述第二直流电压源的负极接地；
所述模数转换器的内部或外部设置有分压电阻，所述分压电阻跨接在所述模数转换器的正输入端和负输入端之间。
4.根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，所述激光接收电路还包括控制器，所述直流偏置电路包括：
第一电阻、第二电阻和数模转换器，所述模数转换器设置有正输入端和负输入端，所述数模转换器设置有第一输出端、第二输出端和控制端；
其中，所述数模转换器的第一输出端通过所述第一电阻与所述模数转换器的正输入端相连，所述数模转换器的第二输出端通过所述第二电阻与所述模数转换器的负输入端相连；所述数模转换器的控制端与所述控制器相连；
所述模数转换器的内部或外部设置有分压电阻，所述分压电阻跨接在所述模数转换器的正输入端和负输入端之间。
5.根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，所述直流偏置电路包括：
第一电阻、第二电阻、电压跟随器和电阻分压电路，所述电压跟随器设置有第一输出端和第二输出端，所述模数转换器设置有正输入端和负输入端；
所述电压跟随器的第一输出端通过所述第一电阻与所述模数转换器的正输入端相连，所述电压跟随器的第二输出端通过所述第二电阻与所述模数转换器的负输入端相连；所述电压跟随器与所述电阻分压电路相连；
所述模数转换器的内部或外部设置有分压电阻，所述分压电阻跨接在所述模数转换器的正输入端和负输入端之间。
6.根据权利要求5所述的激光接收电路，其特征在于，所述电阻分压电路包括直流电压源、第四电阻和第五电阻，所述第一输出端的电压值为所述第五电阻上承载的电压值，所述第二输出端的电压值为所述直流电压源的电压值。
7.根据权利要求3至5任意一项所述的激光接收电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻和所述分压电阻的器件参数值相同。
8.根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，还包括：第一电容和第二电容，所述放大电路通过所述第一电容与所述模数转换器的正输入端相连，所述放大电路通过所述第二电容与所述模数转换器的负输入端相连。
9.根据权利要求8所述的激光接收电路，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容的器件参数值相同。
10.一种激光雷达，其特征在于，包括：如权利要求1至9任意一项所述的激光接收电路。
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