CN117784091A - 用于通过光电检测器接收光学信号的激光雷达接收器电路 - Google Patents

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Abstract

一种激光雷达接收器电路，用于通过光电检测器接收光学信号，以检测其周围区域中的事件或物体，其具有接收器电路的冗余，以降低故障概率，其包括具有多个光电检测器的光电检测器阵列，用于接收光学信号和输出测量信号，光电检测器以多行和n列形式布置为二维矩阵；用于接收测量信号的多个接收器电路；m个多路复用器，其电连接在光电检测器阵列和接收器电路之间，m的数量大于1；至少一个多路复用器连接到一列光电检测器和至少两个接收器电路；每个接收器电路接收和处理一列光电检测器的测量信号；默认给每个接收器电路分配一列光电检测器；多路复用器将光电检测器的列连接到除该接收器电路之外的接收器电路，其默认被分配给光电检测器的列。

Description

用于通过光电检测器接收光学信号的激光雷达接收器电路
技术领域
本发明涉及一种激光雷达接收器电路，用于通过光电检测器接收光学信号，以便检测激光雷达接收器电路的周围区域中的事件或物体。激光雷达接收器电路具有接收器电路的冗余，用于降低故障概率。它包括具有多个光电检测器的光电检测器阵列，用于接收光学信号和用于输出测量信号。光电检测器以行和列的形式布置为二维矩阵。
背景技术
激光雷达接收器电路和激光雷达传感器(Lidar：光检测和测距)是一种光学传感器，其用于许多应用中，以便检测传感器的周围区域并最终对其进行评估。例如，激光雷达传感器被用于车辆中，以便检测车辆的周围区域并执行车辆的组件的相应调节。例如，当要对前方车辆进行距离测量时，可以使用激光雷达传感器。这种类型的传感器也用于车辆的自主或部分自主驾驶的情况中，在此期间，车辆的独立和自动减速、转向和加速是可能的。由此必须检测车辆的正前方的周围区域以及车辆周围的横向区域。由此在检测个体事件的情况下，经常使用直接飞行时间(time-of-flight)测量的方法。然后，通过形成直方图，可以从个体事件中形成关于车辆的周围区域看起来像什么以及物体是否位于车辆的附近的图片。
激光雷达接收器电路和激光雷达传感器通常包括以矩阵的形式布置的多个光电检测器或光电二极管。在汽车领域中，通常使用阵列，其具有多于160×50个光电检测器或传感器。激光雷达传感器另外包括具有多个晶体管的存储器。在分别具有大约260×80个像素或光电检测器的激光雷达传感器的情况下，数量大约为560万个晶体管。
尽管在最好的条件下和洁净室中进行了精心的生产，但是在生产期间还是会发生个体晶体管的故障，所述故障限制激光雷达传感器的功能或使整个传感器变成废物。因此，在没有冗余的存储器的实现期间，存在成品率损失(即个体晶体管的故障)的高可能性，这使传感器变成废物。
尽管激光雷达传感器的发展不断进步，但是对这些传感器的改进仍然有高的需求，特别是在降低生产期间的故障概率和成品率损失方面。
发明内容
所述目的通过具有权利要求1的特征的用于通过光电检测器接收光学信号的激光雷达接收器电路、通过具有权利要求14的特征的激光雷达接收器系统以及通过具有权利要求16的特征的方法来解决。
在本发明的上下文中已经确定，冗余的增加通常是用于减少成品率损失的有效手段。然而，晶体管或存储器单元的冗余导致这样的问题，即，极强并行化的结构然后在组件之间具有不同长的线路，并且导致飞行时间差异，这使得不可能使用该电路，或者以不可能实际使用的方式降低处理速度。
在一个方面中，本发明涉及一种激光雷达接收器电路，用于通过光电检测器接收光学信号，以便检测激光雷达电路的周围区域中的事件和物体。激光雷达接收器电路具有接收器电路的冗余，用于降低故障概率。它包括具有多个光电检测器的光电检测器阵列，用于接收光学信号和用于输出测量信号。光电检测器以多行和n列的形式布置为二维矩阵，其中n的数量大于1，即矩阵具有至少两列。
激光雷达接收器电路包括用于接收光电检测器的测量信号的i多个接收器电路，其中i的数量大于n。该电路具有m多个多路复用器，所述多路复用器电布置在光电检测器阵列和接收器电路之间，并且被连接到光电检测器和接收器电路。数量m由此大于1；优选地m＝n。
多路复用器中的至少一个被连接到一列光电检测器和至少两个接收器电路。每个接收器电路被配置成接收和处理一列光电检测器的测量信号。默认情况下，一列光电检测器被分配给每个接收器电路。多路复用器被配置成将一列光电检测器连接到除该接收器电路之外的接收器电路，该接收器电路默认被分配给该列光电检测器。
因此，多路复用器可以通过相应的互连将一列光电检测器分配给两个不同的、优选相邻的接收器电路，并且可以将该列光电检测器连接到所分配的接收器电路之一。当一个接收器电路发生故障时，这可以在生产中通过测量方法和默认运行的测量程序来确定，因此可以切换多路复用器，使得默认针对有缺陷的接收器提供的该列光电检测器与相邻的接收器电路互连。由于光电检测器的矩阵形布置和接收器电路的并行化布置，在多路复用器从接收器电路切换到相邻的接收器电路期间，线路路径仅变化非常小，甚至根本没有变化。因此，飞行时间的变化实际上不会发生或是可忽略的。因此，当一个接收器单元发生故障并且多路复用器切换到另一个接收器电路时，在飞行时间测量期间不会发生失真。
因此，到冗余接收器电路(例如其可以是SRAM块)及其包括异步时间戳锁存器的同样冗余控制块的路径可以保持尽可能短。特别地，对于激光雷达接收器电路的布局中的所有通道，光电检测器的列到多路复用器之间以及从多路复用器到连接到多路复用器的接收器电路之间的标称连接可以被相同地设计。即使在到相邻接收器电路的另一连接发生故障期间或者在多路复用器中的切换期间，飞行时间的改变也不会以这种方式发生。
在另一个方面中，本发明涉及一种激光雷达接收器系统，其包括如这里所描述的激光雷达接收器电路，并且包括测试电路。测试电路被配置成接触所有接收器电路并执行预定测试，以便检测接收器电路的缺陷。
基于对接收器电路的缺陷的检测，可以控制所连接的多路复用器，使得它激活到同样被连接到该多路复用器的相邻接收器电路的连接，并且将来自分配给该多路复用器的光电检测器的列的信号引导到没有缺陷的另一个接收器电路。
在另一个方面中，本发明涉及一种激光雷达接收器电路，如刚刚描述的，其另外包括用于发射可见光或不可见光范围内的光学辐射的光源，该光学辐射能够被光电检测器检测到。激光雷达接收器系统以这样的方式来配置：由激光雷达接收器系统的周围区域中或附近的物体反射的发射的光学辐射由光电检测器阵列的光电检测器中的至少一个检测到，并且在接收器电路中的至少一个中处理。
本发明的另外的方面涉及相应的方法和具有当程序代码在计算机上运行时用于执行该方法的步骤的程序代码的计算机程序产品，以及其上存储了计算机程序的存储介质，当计算机程序在计算机上运行时，其实现本文中描述的方法的执行。
根据另一个方面，本发明涉及一种包括本文中描述并在权利要求中限定的激光雷达接收器电路的激光雷达接收器，或者涉及一种激光雷达系统。
本发明的另一方面涉及一种包括激光雷达系统或激光雷达接收器系统的车辆，该激光雷达系统或激光雷达接收器系统包括如权利要求中所限定和本文中所描述的激光雷达接收器电路。
从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提及的特征和将在下面描述的特征不仅可以在相应指定的组合中使用，而且还可以在其他组合中使用或单独使用。该方法和计算机程序产品可以特别地根据在从属权利要求中针对设备描述的实施例来配置。
在激光雷达接收器电路的优选实施例中，接收器电路彼此独立。每个接收器电路独立地工作，并且不受相邻电路影响。
在优选实施例中，测量信号的异步处理发生在独立的接收器电路中。因此，接收器电路不依赖于公共时钟信号。一旦测量信号被施加到接收器电路，则每个接收器电路就工作。通过系统时钟的同步是不必要的。
激光雷达接收器电路的优选实施例规定，如果已经存在默认分配的接收器电路到光电检测器的另一列的连接，则多路复用器之一将一列光电检测器连接到除默认分配的接收器电路之外的接收器电路。借助使用连接到至少两个、优选三个或四个、优选相邻的接收器电路的几个多路复用器，从而接收器电路分别与两个或三个、或分别与四个多路复用器通信。当一个接收器电路发生故障时，由多路复用器以这样的方式进行分配：即可以通过其来在多路复用器和接收器电路之间传输测量信号的有效连接被新的有效连接替换。当一个接收器电路发生故障时，因此可能需要几个多路复用器重新激活到接收器电路的已经存在的连接，或者必须分别切换有效的连接，以便建立新的连接。这可能是必要的，以便确保仅一列光电检测器被分配给每个接收器电路，并且每个接收器电路仅处理来自一列光电检测器的测量信号。当一个接收器电路发生故障时，仍保持了多路复用器与接收器电路的1∶1分配。
激光雷达接收器电路的优选实施例以这样的方式来配置：即当检测到接收器电路之一的缺陷时，相应的多路复用器将光电检测器的相应列连接到另一接收器电路。多路复用器优选地被连接到一个接收器电路，对该接收器电路而言，到具有光电检测器的列的连接尚不存在。否则，还必须通过另一个多路复用器针对新选择的接收器电路进行新的分配。
在接收器电路的优选实施例中，当检测到第q个接收器电路的(第一)缺陷时，对应的第q个多路复用器将把光电检测器的第q列连接到减少了1的接收器电路(第q-1个接收器电路)。所有第一到第q-1个多路复用器根据相同的原理改变光电检测器的列和接收器电路之间的分配。该过程优选地针对所有小于或等于m/2的q进行。由此q和m是自然数；m是多路复用器的数量。
因此，多路复用器的这种切换优选地分别针对接收器电路的行中的多路复用器或接收器电路的前一半进行。
因此，当在接收器电路的前一半中检测到缺陷时，优选地发生这种互连。
换句话说：当检测到第q个接收器电路的缺陷时，相应的第q个多路复用器将光电检测器的第q列连接到减少了1的接收器电路，并且将优选以固定顺序布置的所有1到第q-1个多路复用器、第r-1个接收器电路连接到光电检测器的第r+1列。根据相同的原理改变或建立列和接收器电路之间的分配。由此r是自然数。因此，发生为下一个较低的接收器电路分配光电检测器的增加了1的列。
如果检测到一个接收器电路的另外的缺陷，例如第q个接收器电路的缺陷，则相应的第q个多路复用器用增加了1的接收器电路(q+1)切换光电检测器的第q列，并连接它。对于所有第q+1到第m个多路复用器发生相同的情况，所述多路复用器优选地以固定顺序布置，其将第r+1个接收器电路连接到光电检测器的第r-1列。在列和接收器电路之间的分配根据相同的原理发生，并且建立连接，使得这优选地适用于所有大于或等于m/2的q，其中q和r以及m是自然数，并且m表示多路复用器的总数。
激光雷达接收器电路中的接收器电路的数量i特别优选地大于多路复用器的数量m。i优选地大于或等于m+2，这意味着接收器的数量比多路复用器的数量大2或更多。特别优选地，i大于或等于m+3，因此接收器电路的数量比多路复用器的数量多至少3。因此，以这样的方式手中(athand)就有了冗余：即，分别在激光雷达接收器电路中提供两个附加接收器电路或三个附加接收器电路，并且两个或三个接收器电路可能分别有缺陷，而不必停止使用激光雷达接收器电路。
在优选实施例中，在激光雷达接收器电路中使用的多路复用器或多路复用器中的至少一个分别是1∶x多路复用器。然后，一列光电检测器可以通过多路复用器连接到x个接收器电路。x-1由此等于接收器电路的数量i与光电检测器的列的数量n之差。优选地，x＝3，特别优选地，x＝5。
在激光雷达接收器电路的优选实施例中，多路复用器的数量m等于光电检测器的列中的数量n。因此，给每列光电检测器分配一个多路复用器。
激光雷达接收器电路的特定实施例规定，接收器电路是TDC电路，即时间到数字转换电路。
激光雷达接收器电路的接收器电路优选地包括存储器单元，该存储器单元特别优选地具有SRAM存储器。还优选地，接收器电路包括直方图存储器，以便形成光学事件的直方图，并且能够从发生的光学事件的数量得出激光雷达接收器电路的附近的物体的结论。
激光雷达接收器电路的优选实施例规定，光电检测器包括光电二极管，优选为雪崩二极管。在高度优选的实施例中，光电检测器包括单光子雪崩二极管(SPAD)。光电检测器附加地包括读出电路。
根据激光雷达接收器电路的优选实施例，其包括移位寄存器，其中多路复用器的设置被存储在移位寄存器中。一列光电检测器到接收器电路的默认分配优选地被存储在移位寄存器中，特别优选地附加地或替代地，光电检测器的列到接收器电路的当前分配被存储在移位寄存器中。
根据本发明的用于绕过被配置用于通过光电检测器接收光学信号和用于检测电路的周围区域中的物体的激光雷达接收器电路的有缺陷的接收器电路的方法包括以下步骤：n列光电检测器到m个多路复用器的i-x接收器电路的默认分配的产生在第一步骤中发生。由此适用的是m＝i-n。换句话说，接收器电路的数量i是光电检测器的列的数量的x倍。然而，通过该步骤，一列光电检测器仅被分配给与光电检测器的列一样多的接收器电路。冗余接收器电路不经历分配。尽管如此，正如所有其他接收器电路一样，冗余接收器电路也被连接到至少一个多路复用器。
在进一步的步骤中进行第q个接收器电路的缺陷的检测。
在分配步骤中，通过第q个多路复用器将当前光电检测器的第q列分配给另一个接收器电路。因此取消光电检测器的列到接收器电路的默认分配，并且通过相应的(分配的)多路复用器执行新的分配。这发生在第一接收器电路有缺陷的情况下，其中光电检测器的第1至第q列被分配给相应的先前的接收器电路，因此这里是第q-1个接收器电路。
在该方法的优选实施例中，在另一个接收器电路有另外的缺陷的情况下，光电检测器的第q至第n列被分配给相应的后面的(第q+1个)接收器电路。
附图说明
下面将结合附图基于一些选择的示例性实施例更详细地描述和解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明的具有光电检测器阵列的激光雷达接收器电路；
图2详细示出了来自图1的光电检测器阵列；
图3示出了具有根据图1的激光雷达接收器电路的激光雷达接收器系统的示意图；
图4示出了激光雷达接收器电路的另外的实施例；
图5示出了具有根据本发明的激光雷达接收器电路的车辆的示意图；
图6示出了用于绕过根据图1的激光雷达接收器电路的有缺陷的接收器电路的方法的一般流程图。
具体实施方式
附图示出了不同实施例中的激光雷达接收器电路10。根据图1的根据本发明的激光雷达接收器电路10包括具有多个光电检测器22的光电检测器阵列20、多个接收器电路30以及多个多路复用器40，所述多路复用器40居间连接在光电检测器阵列20和接收器电路30之间，并且在每种情况下都在光电检测器阵列20和接收器电路30之间建立连接。
在图2中详细示出了光电检测器阵列20。它包括多个光电检测器22，用于接收光学信号和用于输出测量信号。光电检测器22被布置为二维矩阵。它们由此在光电检测器阵列20中布置成多行和n列24。多于一个光电检测器22的至少两列24各自存在。优选实施例提供光电检测器22的多于100列24，优选地多于150列，更优选地多于200列，高度优选地多于250列。用于激光雷达电路的光电检测器阵列20的优选实施例具有例如光电检测器的256或258列24。每列24优选地包括多于10个、高度优选地多于50个、特别优选地80个光电检测器22。由此可以构建可以接收和处理多个信号的光电检测器阵列20。
根据如图2中所示的具体实施例，光电检测器22可以包括例如光电二极管26，其优选为雪崩二极管，并且特别优选为单光子雪崩二极管(SPAD)。光电检测器22还可以包括读出电路28，以便将通过光电二极管26记录的光信号转换成电测量信号。光电检测器22的其他实施例是可想到的。
图3示出了包括激光雷达接收器电路10以及测试电路52的激光雷达接收器系统，测试电路52被配置成接触激光雷达接收器电路10的接收器电路30并执行预定或指定的测试，以便检测接收器电路30的缺陷。
图3中示出了激光雷达接收器系统50的特殊实施例，其还包括光源54，该光源54优选地发射电磁或光学信号或可见或不可见范围内的光信号。光源54优选地是激光光源或红外光源。
光源54的优选光学辐射由系统发射，并在激光雷达接收器系统50的附近或周围区域中的物体上反射。反射的辐射被激光雷达接收器电路10的光电检测器22中的至少一个接收和检测，并且在接收器电路30中的至少一个中被处理。
根据本发明的激光雷达接收器电路10优选地以这样的方式来构建，即它具有接收器电路30的冗余，以便降低接收器电路整体的故障概率。接收器电路30的数量由此大于激光雷达接收器电路10的光电检测器阵列20中的光电检测器22的列24的数量。接收器电路30的数量i优选地比光电检测器22的列24的数量大至少二，特别优选地大至少四。
电布置在光电检测器阵列20和接收器电路30之间并且连接到光电检测器阵列20的列24和接收器电路30的多路复用器的数量m大于1。多路复用器40的数量m优选地等于光电检测器22的列24的数量n。
激光雷达接收器电路10以这样的方式来配置，即一个多路复用器40被连接到至少两个、优选地至少三个接收器电路30，并且在每种情况下可以接触接收器电路30之一。在这个意义上，“接触”意味着电连接被激活，使得电信号从一列24光电检测器22传输到一个接收器电路30。
图4示出了激光雷达接收器电路10的实施例，在该实施例的情况下，光电检测器阵列20被布置在电路的中心。接收器电路30和多路复用器40在每种情况下被布置在上边缘上和下边缘上。接收器电路30和多路复用器40的总数由此对半分，使得接收器电路30和多路复用器40的一半被布置在光电检测器阵列20上方，而另一半被布置在光电检测器阵列20下方。
这里所示的实施例示出了包括总共258个列24的光电检测器阵列20，每列包括80个光电检测器22。
奇数编号的列24被连接到阵列上方的多路复用器40。光电检测器阵列20的偶数编号的列24被连接到阵列下方的偶数编号的多路复用器40，如图4中所示。
在这里所示的实施例中，提供了比列24总共多四个的接收器电路30。在布置在光电检测器阵列20上方的奇数编号的接收器电路30和奇数编号的多路复用器40的组中，因此存在比多路复用器40多两个的接收器电路30。例如，具有编号259的列24被连接到具有编号259的多路复用器40。第259个多路复用器40又被连接到三个接收器电路30，即具有编号257、259和261的那些接收器电路30。默认情况下，第259个多路复用器被连接到第259个接收器电路30。这意味着来自光电检测器22的第259列24的信号，特别是测量信号，被传送到第259个多路复用器，并从那里传送到第259个接收器电路30，如图4中通过实线箭头所图示。然而，第259个多路复用器40也可以可选地将从第259列24接收的测量信号传送到第257或第261个接收器电路30。例如，这发生在第259个接收器电路30在测试中被检测为有缺陷时。由此，由测试电路52执行的测试可以用作基础。
该切换类似地适用于布置在光电检测器阵列20下方的偶数编号的列24、多路复用器40和接收器电路30。
在第q个接收器电路30(例如具有编号259的接收器电路30)发生故障的情况下，对应的第q个(第259个)多路复用器40将把光电检测器22的第q列24连接到除第q个接收器电路30之外的接收器电路，即连接到第q-1个或第q+1个接收器电路30。
当缺陷发生在布置在接收器电路30的相应组的前一半中的接收器电路30处时，第q个多路复用器40优选地与第q-1个接收器电路30互连。在奇数编号的接收器电路30的情况下，则接收器电路30的缺陷也将在第3至第129个接收器电路30内。如果在接收器电路30的组的后一半中、即在具有较高奇数编号的接收器电路30的一半中检测到接收器电路30，则第q个多路复用器40将把第q列24连接到第q+1个接收器电路30。
不言而喻，总是选择具有下一个较小编号的接收器电路30，或者总是选择具有下一个较大编号的接收器电路30也是可能的。例如，这也可以取决于在接收器电路30的前一半中是否已经检测到有缺陷的接收器电路30。如果没有检测到有缺陷的接收器电路30，则多路复用器40最初也可以控制接收器电路30的上半部分中的下一个较大的接收器电路30。
当在检测到有缺陷的接收器电路30时偏离多路复用器40到接收器电路30的默认分配时，所有其他多路复用器40到相应接收器电路30的分配也需要可选地相应地改变。
例如，如果检测到具有编号3的接收器电路30有缺陷，则取消具有编号3的多路复用器40到具有编号3的接收器电路30之间的分配。相反，在具有编号3的多路复用器40到具有编号1的接收器电路30之间建立连接。多路复用器40和接收器电路30之间的所有其他分配则保持不受影响。在倒数第二个接收器电路30(例如具有编号259的接收器电路30)有缺陷的情况下，多路复用器40和接收器电路30之间的所有其他分配也保持不受影响。然而，例如，如果检测到具有编号257的接收器电路30有缺陷，则多路复用器257建立到具有编号259的接收器电路30的连接。然后具有编号259的多路复用器40必须相应地建立到具有编号261的接收器电路30的分配。
由于改变的分配，包括一个或两个有缺陷的接收器电路30的激光雷达接收器电路10因此也可以被使用和交付。可容忍的有缺陷的接收器电路30的数量取决于冗余的数量；换句话说，它取决于接收器电路30比多路复用器40多多少。
在如图4中所示的优选实施例中，激光雷达接收器电路10包括移位寄存器12，其在这里以虚线方式图示。多路复用器40和接收器电路30之间的分配被存储在移位寄存器12中。由此初始存储默认分配。然而，在检测到缺陷的情况下，存储改变的和新的分配。因此可以发生移位寄存器中的值的重写。
在图4中可以看出，接收器电路30优选地包括时间到数字转换电路，即TDC电路32。接收器电路30优选地还包括存储器单元34，其优选地是SRAM存储器。附加地或替代地，接收器电路30还可以包括直方图存储器，以便形成直方图，即收集(例如累加)通过光电检测器22检测的光学信号。
图4中所示的实施例具有以下优点：尽管接收器电路30冗余，但是即使在多路复用器40和接收器电路30的非标准互连的情况下，线路长度几乎保持相同。因此，在实际系统中，可能出现的飞行时间差是可忽略的。由于大规模并行化的结构，因此飞行时间测量的失真不会发生。这是例如由包括异步时间戳的控制块提出的要求，在这种情况下，到冗余SRAM块(接收器电路)的线路必须保持尽可能短。尽管激光雷达接收器电路10的冗余形式，但是对于布局中的所有通道，标称连接(即光电检测器22和接收器电路30之间的默认连接)被相同地设计。在接收器电路30的行的外部边缘上的附加接收器电路30被提供作为冗余接收器电路30。冗余块的数量可以任意设计。
由于具有两组接收器电路30和多路复用器40的布置，例如在光电检测器阵列20的上方和下方，如图4中所示，可以提供两个子系统，每个子系统具有两个冗余接收器电路30。在偶数编号的接收器电路的子系统中，这些是具有编号0和260的接收器电路，在奇数编号的接收器电路30的子系统或组中，这些分别是具有编号1和261的电路。在两个冗余接收器电路30(也就是说，在正常情况下不使用的两个附加接收器电路30)的情况下，对于每个组或子系统，然后在光电检测器22的列24与接收器电路30之间提供3∶1多路复用器40。因此，多路复用器40可以分别接触直接分配的接收器电路30或左右相邻的电路，并且可以建立到它们的连接。
利用这种布置，例如如图4中所示，在两个组或子系统的每个中，每个子系统可以分别屏蔽多达两个有缺陷的接收器电路，因为多路复用器40被相应地配置，使得在两个有缺陷的块(接收器电路)之间，标称接收器电路30(SRAM块)被分配给光电检测器列。在左侧块的左侧，标称接收器电路的所有左邻居被分配给光电检测器列。在右边有缺陷的接收器电路(块)的右边，标称接收器电路的所有右邻居被分配给光电检测器列。以这种方式，在有缺陷的情况下，不是有缺陷的块或接收器电路30分别被明显冗余的块或接收器电路替换，这将导致到光电检测器的列24的显著不同的距离和分配。相反，多个功能和起作用的接收器电路30(SRAM块)在它们的分配中被移位。
由此确保光电检测器22的列24和接收器电路30、特别是存储器单元34之间的连接或线路的距离中的差是可忽略的，并且该距离不大于到其他接收器电路30的其他距离。这在使用时间戳时是特别重要的。在存储器单元34的同步SRAM控制之前的多路复用具有很大的优点，即接口在这里仅由光电检测器22的每列24的两个信号组成，即异步触发输入和在每个SRAM访问的结束时相应列24的复位，以便主动地结束停滞时间(dead time)，并且以便分别对光电检测器22中或相应列24中的下一个光学信号敏感。接收器电路的SRAM控制和相应列24的光电检测器22的复位在电路中联合创建。
利用这里描述的并且在图4中的特殊实施例中示出的架构，在生产期间的成品率损失被大大改善。在根据图4的布置和(在光电检测器阵列20的上方和下方)两组接收器电路30中的两个冗余接收器电路30的情况下，导致系统的可靠性的显著增加。
如果整个激光雷达接收器电路10中的个体错误的概率是p，则这是整个电路的故障概率。没有冗余的生产成品率则导致v＝1-p。
没有冗余的接收器电路30的一半中的故障概率是p/2。具有两倍冗余的接收器电路30的一半中的故障概率是(p/2)3。仅在三个错误的情况下才发生故障。在这种情况下，整个激光雷达接收器电路10的故障概率是冗余的2×2倍，因此等于pr＝2×(p/2)3。
这导致没有冗余的生产成品率为vr＝1-pr＝1-2×(p/2)3。
当假设故障概率为50％时，在没有冗余的情况下产生50％的生产成品率，但在有冗余的情况下产生97％的生产成品率。
在没有冗余的情况下，等于10％的故障概率导致等于90％的生产成品率，而在有冗余的情况下，导致等于99.975％的生产成品率。
即使对于显著低的错误概率，冗余仍然有效：
在没有冗余的情况下，等于75％的p的故障概率导致等于25％的生产成品率，在有冗余的情况下，导致等于89.5％的生产成品率。
如果错误概率实际上这么高，则更大的冗余将解决这个问题，例如每一半接收器电路30(即接收器电路30的每组(子系统))，四个冗余接收器电路30。在这种情况下，故障概率被计算为pr＝2×(p/2)5；只有第五个错误导致整个激光雷达接收器电路10的故障。
在错误概率为75％的情况下，则在没有冗余的情况下产生25％的生产成品率，而在2×4倍冗余的情况下产生98.5％的生产成品率。
因此，冗余是用于显著降低成品率损失的有效手段。通过这里提出的布置和实施例，即使在接收器电路30发生故障的情况下，到冗余接收器电路30的连接路径也可以具有几乎相同的长度。这意味着光电检测器22和接收器电路30之间的连接路径对于所有连接都具有相同的长度，使得它们没有任何影响并且在实践中是可忽略的。
图5示出了包括激光雷达系统的车辆60，该激光雷达系统包括根据图1或根据图4的激光雷达接收器电路10。
图6示意性地示出了用于在激光雷达接收器电路10的生产期间减少成品率损失的工艺顺序，该激光雷达接收器电路10用于通过光电检测器22接收光学信号，以便检测激光雷达接收器电路10的周围区域中的事件或物体。激光雷达接收器电路10优选地依据根据图1至图4的实施例之一来形成。该方法确保在存在接收器电路30的冗余的情况下，即使在指定的、可接受的数量的接收器电路30发生故障的情况下，也可以生产激光雷达接收器电路10，该激光雷达接收器电路10正常工作，并且尽管有冗余，但是排除了飞行时间测量中的伪造(falsification)，特别是在时间关键的、异步时间戳或时间信号的情况下。
在产生默认分配的第一步骤S10中，通过m个多路复用器40将光电检测器22的n列24分配给i-x个接收器电路30。由此适用的是i-n＝x，其中i是所有接收器电路30的数量，x是冗余接收器电路30的数量，并且n是光电检测器22的列24的数量。
在检测缺陷的另外的步骤S12中，在接收器电路中，例如在第q个接收器电路30中检测到缺陷。接下来是步骤S14，通过第q个多路复用器40将光电检测器22的当前第q列24分配给另一个接收器电路30。当检测到缺陷时，光电检测器22的列24和接收器电路30之间的默认分配因此被取消，使得第q列24通过第q个多路复用器40被分配给除第q个接收器电路30之外的接收器电路，因此被分配给第w个接收器电路30，由此适用q不等于w。优选地，w＝q±1。
根据该方法，在第一接收器电路30有缺陷的情况下，光电检测器22的第1至第q列24被分配给相应的先前接收器电路30，因此被分配给第q-1个接收器电路30。在第一缺陷的情况下，因为第一接收器电路30是冗余接收器电路30，并且默认情况下没有被分配给光电检测器22的列24，因此发生了对相邻接收器电路30的分配，即对先前接收器电路30的分配。
当检测到接收器电路30的第二缺陷，即第二有缺陷的接收器电路30时，光电检测器22的第q至第n列24可以优选地被分配给相应的后面的接收器电路30，即第q+1个接收器电路30。因此，发生第q列24被分配给下一个较高的接收器电路30。这是容易实现的，因为最后的接收器电路30，即第i个接收器电路30是冗余电路，并且默认情况下没有被分配给光电检测器22的任何列24。
基于附图和说明书全面描述和解释了本发明。描述和解释应该被理解为示例，而不是限制。本发明不限于所公开的实施例。对本领域技术人员来说，当使用本发明时，以及在对附图、公开内容和下面的专利权利要求的精确分析期间，领会其他实施例或变型。
在专利权利要求中，词语“包括”和“具有”不排除另外的元件或步骤的存在。不定冠词“一”不排除复数的存在。在几个不同的从属专利权利要求中仅仅提及一些措施不应被理解为这些措施的组合不能同样以有利的方式使用。专利权利要求中的附图标记不应被理解为限制。

Claims (21)

1.一种激光雷达接收器电路，用于通过光电检测器(22)接收光学信号，以便检测激光雷达接收器电路(10)的周围区域中的事件或物体，所述激光雷达接收器电路具有接收器电路(30)的冗余，以用于降低故障概率，所述激光雷达接收器电路包括
具有多个光电检测器(22)的光电检测器阵列(20)，用于接收光学信号和用于输出测量信号，其中光电检测器(22)以多行和n列(24)的形式布置为二维矩阵，其中n的数量大于1；
用于接收光电检测器(22)的测量信号的i多个接收器电路(30)，其中数量i大于n；
m多个多路复用器(40)，其电布置在光电检测器阵列(20)和接收器电路(30)之间并且被连接到光电检测器(22)和接收器电路(30)，其中m的数量大于1；
其中
多路复用器(40)中的至少一个被连接到一列(24)光电检测器(22)和至少两个接收器电路(30)；
每个接收器电路(30)被配置成接收和处理一列(24)光电检测器(22)的测量信号；
默认情况下，给每个接收器电路(30)分配一列(24)光电检测器(22)；以及
多路复用器(40)被配置成将光电检测器(22)的列(24)连接到除所述接收器电路(30)之外的接收器电路(30)，除所述接收器电路(30)之外的接收器电路(30)默认被分配给光电检测器(22)的列(24)。
2.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中接收器电路(30)彼此独立。
3.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中，测量信号的异步处理发生在接收器电路(30)中。
4.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中，如果默认接收器电路到另一列光电检测器(22)的连接已经存在，则多路复用器(40)之一将光电检测器(22)的列(24)连接到除所述默认接收器电路(30)之外的接收器电路。
5.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中，当检测到接收器电路(30)之一的缺陷时，相应的多路复用器(40)将光电检测器(22)的相应列(24)连接到另一接收器电路(30)，对于所述另一接收器电路(30)，尚不存在与一列(24)光电检测器(22)的连接。
6.根据前一权利要求所述的激光雷达接收器电路，其中，当检测到第q个接收器电路(30)的缺陷时，对应的第q个多路复用器(40)将光电检测器(22)的第q列(24)连接到减少了一的接收器电路(30)，并且所有第1到第q-1个多路复用器(40)根据相同的原理改变或建立列(24)和接收器电路(30)之间的分配，其中q和r是自然数。
7.根据前一权利要求所述的激光雷达接收器电路，其中，当检测到第q个接收器电路(30)的第二缺陷时，对应的第q个多路复用器(40)将光电检测器(22)的第q列(24)连接到增加了一的接收器电路(30)，并且所有第q+1至第m个多路复用器(40)将第r+1个接收器电路(30)连接到光电检测器(22)的第r-1列(24)，其中q和r是自然数。
8.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中接收器电路(30)的数量i大于多路复用器(40)的数量m。
9.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中接收器电路(30)的数量i大于或等于m+2，其中m是多路复用器(40)的数量。
10.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中多路复用器(40)是1对x多路复用器(40)，并且能够将光电检测器(22)的列(24)连接到x个接收器电路(30)，其中，x-1等于接收器电路(30)的数量i与列的数量n的差。
11.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中多路复用器(40)是1对x多路复用器(40)，并且能够将光电检测器(22)的列(24)连接到x个接收器电路(30)，其中，x等于3或等于5。
12.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中多路复用器(40)的数量m等于光电检测器(22)的列(24)的数量n。
13.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中接收器电路(30)包括TDC电路(32)。
14.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中接收器电路(30)包括存储器单元(34)或SRAM存储器或直方图存储器。
15.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，其中光电检测器(22)包括光电二极管(26)或雪崩二极管或单光子雪崩二极管或读出电路(28)。
16.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，包括移位寄存器(12)，其中多路复用器(40)的设置被存储在移位寄存器(12)中。
17.根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路，包括移位寄存器(12)，其中光电检测器(22)的列(24)到接收器电路(30)的默认分配或当前分配被存储在移位寄存器(12)中。
18.一种激光雷达接收器系统，包括根据权利要求1所述的激光雷达接收器电路并且包括测试电路(52)，其中所述测试电路(52)被配置成寻址所有接收器电路(30)并且执行预定测试，以便检测接收器电路的缺陷。
19.根据前一权利要求所述的激光雷达接收器系统，包括用于发射可见光或不可见光范围内的光学辐射的光源(54)，所述光学辐射能够被光电检测器(22)检测到，其中被激光雷达接收器系统(50)的周围区域中或附近的物体反射的辐射被光电检测器阵列(20)的光电检测器(22)中的至少一个检测到，并且在接收器电路(30)中的至少一个中被处理。
20.一种用于绕过根据权利要求1的激光雷达接收器电路的有缺陷的接收器电路(30)的方法，用于通过光电检测器接收光信号，以便检测激光雷达接收器电路的周围区域中的事件或物体，所述方法包括以下步骤：
-使用m个多路复用器(40)建立光电检测器(22)的n个列(24)到i-x个接收器电路(30)的默认分配，其中适用i-n＝x；
-检测第q个接收器电路(30)的缺陷；
-通过第q个多路复用器(40)将光电检测器(22)的当前第q列(24)分配给另一接收器电路(30)；
-其中，在第一接收器电路(30)有缺陷的情况下，光电检测器(22)的第1到第q列(24)被分配给相应的先前的接收器电路(30)。
21.根据前一权利要求所述的方法，其中在接收器电路(30)有第二缺陷的情况下，光电检测器(22)的第q到第n列(24)被分配给相应的后面的接收器电路(30)。
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