CN211905675U - 一种采样电路、读出电路及探测装置 - Google Patents

Abstract

为了解决现有探测激光信号的电路中存在的结构复杂的技术问题，本实用新型提出了一种采样电路、读出电路及探测装置。采样电路中，光电传感器的第一端分别与第一开关管的第一端和第二开关管的第一端连接，光电传感器的第二端接地，第一开关管的第二端与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端接地，第三开关管的第一端与第一电容的第一端连接，第三开关管的第二端接地，第二开关管的第二端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端接地，第四开关管的第一端与第二电容的第一端连接，第四开关管的第二端接地；第一电容的第一端为采样电路的第一输出端，第二电容的第一端为采样电路的第二输出端。本实用新型的电路结构简单。

Description

一种采样电路、读出电路及探测装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种采样电路、读出电路及探测装置。

背景技术

随着激光技术、半导体技术的发展，激光测距逐步迈向数字化、自动化、低成本和小型化。激光测距装置具有测距精度高、高度集成小型化的系统，其应用场景越来越广泛。

在用激光测距过程中，如何获取精确的目标距离，对于系统的测距性能非常重要。现有的技术方案中常常采用CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)、PD(Photo-Diode，光电二端管)等作为光电材料探测激光信号，根据对应的测距算法设计的读出电路往往比较复杂。

因此，有必要提供一种方案，解决现有探测激光信号的电路中存在的结构复杂的技术问题。

实用新型内容

为了解决现有探测激光信号的电路中存在的结构复杂的技术问题，本实用新型提出了一种采样电路、读出电路及探测装置，本实用新型具体是以如下技术方案实现的。

本实用新型提供一种采样电路包括光电传感器、第一电容、第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；

所述光电传感器的第一端分别与所述第一开关管的第一端和所述第二开关管的第一端连接，所述光电传感器的第二端接地，所述第一开关管的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第三开关管的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第三开关管的第二端接地，所述第二开关管的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地，所述第四开关管的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第四开关管的第二端接地；

所述第一电容的第一端为所述采样电路的第一输出端，所述第二电容的第一端为所述采样电路的第二输出端。

本实用新型采样电路的进一步改进在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均为三极管。

本实用新型采样电路的更进一步改进在于，所述第一开关管的集电极与所述光电传感器的第一端连接，所述第一开关管的发射极与所述第一电容的第一端连接；

所述第二开关管的集电极与所述光电传感器的第一端连接，所述第二开关管的发射极与所述第二电容的第一端连接；

所述第三开关管的集电极与所述第一电容的第一端连接，所述第三开关管的发射极接地；

所述第四开关管的集电极与所述第二电容的第一端连接，所述第四开关管的发射极接地。

本实用新型采样电路的进一步改进在于，还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接于所述第一电容的第一端和所述第三开关管的第一端之间，所述第二电阻连接于所述第二电容的第一端和所述第四开关管的第一端之间。

此外，本实用新型还提供一种读出电路，包括上述的采样电路、用于将所述采样电路采集的模拟信号转换为数字信号的转换电路和用于输出数字信号的数据输出电路；

所述采样电路与所述转换电路连接，所述转换电路与所述数据输出电路连接。

本实用新型读出电路的进一步改进在于，所述采样电路的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为三极管。

本实用新型读出电路的更进一步改进在于，所述第一开关管的集电极与光电传感器的第一端连接，所述第一开关管的发射极与所述采样电路的第一电容的第一端连接；

所述第二开关管的集电极与所述光电传感器的第一端连接，所述第二开关管的发射极与所述采样电路的第二电容的第一端连接；

所述第三开关管的集电极与所述第一电容的第一端连接，所述第三开关管的发射极接地；

所述第四开关管的集电极与所述第二电容的第一端连接，所述第四开关管的发射极接地。

本实用新型读出电路的进一步改进在于，所述采样电路还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接于所述采样电路的第一电容的第一端和所述采样电路的第三开关管的第一端之间，所述第二电阻连接于所述采样电路的第二电容的第一端和所述采样电路的第四开关管的第一端之间。

本实用新型读出电路的进一步改进在于，所述采样电路的第一输出端和第二输出端分别与所述转换电路连接。

此外，本实用新型还提供一种探测装置，所述探测装置包括上述的读出电路。

采用上述技术方案，本实用新型提供的一种采样电路、读出电路及探测装置具有如下有益效果：本实用新型的电路结构简单，可以匹配相应的测距算法；本实用新型的采集精度高、帧率高、噪声滤出能力好，抗干扰能力强；像素单元的每个光电二极管和采样电路可以集成于一体，电路简单，对信号的处理可以在一个小芯片内实现；采用本实用新型的探测装置可以避免激光测距系统对机械扫描装置的依赖，提高系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例1提供的采样电路的电路结构图。

图2为本实用新型实施例2提供的读出电路的电路框图。

图3为本实用新型实施例2提供的读出电路的工作时序图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有探测激光信号的电路中存在的结构复杂的技术问题，本实用新型提出了一种采样电路、读出电路及探测装置，本实用新型具体是以如下技术方案实现的。

实施例1：

结合图1所示，本实用新型提出的一种采样电路包括光电传感器PD、第一电容C1、第二电容C2、第一开关管N1、第二开关管N2、第三开关管N3和第四开关管N4；光电传感器PD的第一端分别与第一开关管N1的第一端和第二开关管N2的第一端连接，光电传感器PD的第二端接地，第一开关管N1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端接地，第三开关管N3的第一端与第一电容C1的第一端连接，第三开关管N3的第二端接地，第二开关管N2的第二端与第二电容C2的第一端连接，第二电容C2的第二端接地，第四开关管N4的第一端与第二电容C2的第一端连接，第四开关管N4的第二端接地；第一电容C1的第一端为采样电路的第一输出端Vout1，第二电容C2的第一端为采样电路的第二输出端Vout2。

本实施例1中，光电传感器PD可以为光电二极管，光电二极管的正极接地，负极分别与第一开关管N1的第一端和第二开关管N2的第一端连接；光电传感器PD可以在接收到一定的光信号后将光信号转换为电流信号或电压信号。光电二极管和采样电路可以一体连接并集成于芯片中。

本实施例1中，控制开关管通断的信号包括第一信号Vs1和第二信号Vs2，第二信号Vs2为第一信号Vs1的反相信号；第一开关管N1可以在第一信号Vs1的控制下通断，第二开关管N2可以在第二信号Vs2的控制下通断，第三开关管N3可以在第一信号Vs1的控制下通断，第四开关管N4可以在第二信号Vs2的控制下通断。

本实施例1提供的采样电路可以完成对像素信号的采集和电荷积累，再通过第一输出端Vout1和第二输出端Vout2将电压信号输出。具体地，当第一信号Vs1为高时，第一开关管N1导通，光电二极管通过第一开关管N1向第一电容C1充电；同时第四开关管N4也导通，第二电容C2通过第四开关管N4放电以将第二电容C2内的电荷清零，便于第二电容C2重新存储电荷。当第二信号Vs2为高时，第二开关管N2导通，光电二极管通过第二开关管N2向第二电容C2充电，同时第三开关管N3也导通，第一电容C1通过第三开关管N3放电以将第一电容C1内的电荷清零，便于第一电容C1重新存储电荷。

本实施例1中的使用开关管控制电容的充电或放电，采样电路的结构简单，制造成本低；且第一电容C1的第一端作为第一输出端Vout1，第二电容C2的第一端作为第二输出端Vout2，控制方案简单。

本实施例1中根据电路工作时序控制第一开关管N1与第二开关管N2的开闭时间，在开关管导通的时候完成对应的电容的充电过程，在开关管关断的时候完成对应的电容的电压读取(放电)过程。本实施例1中的控制时序简单，在每个调制周期内仅需完成相同的时序控制。

进一步地，第一开关管N1、第二开关管N2、第三开关管N3和第四开关管N4均为三极管。

更进一步地，第一开关管N1的集电极与光电传感器PD的第一端连接，第一开关管N1的发射极与第一电容C1的第一端连接；第二开关管N2的集电极与光电传感器PD的第一端连接，第二开关管N2的发射极与第二电容C2的第一端连接；第三开关管N3的集电极与第一电容C1的第一端连接，第三开关管N3的发射极接地；第四开关管N4的集电极与第二电容C2的第一端连接，第四开关管N4的发射极接地。

进一步地，还包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接于第一电容C1的第一端和第三开关管N3的第一端之间，第二电阻R2连接于第二电容C2的第一端和第四开关管N4的第一端之间。第一电阻R1和第三开关管N3均用于第一电容C1的电压泄放，第二电阻R2和第四开关管N4均用于第二电容C2的电压泄放。

实施例2：

结合图1和图2所示，本实施例2提供了一种读出电路，包括上述实施例1的采样电路11、用于将采样电路11采集的模拟信号转换为数字信号的转换电路12和用于输出数字信号的数据输出电路13；采样电路11与转换电路12连接，转换电路12与数据输出电路13连接。

本实施例2中，采样电路11用于完成对像素信号的采集和电荷积累，将光电传感器PD向电容充电时的电流信号转换为电压信号，然后将电压信号输出给转换电路12，通过转换电路12将模拟信号转换为用于计算相位的数字信号，该数字信号最终通过数据输出电路13传输至外部的主处理器。

进一步地，采样电路11的第一开关管N1、第二开关管N2、第三开关管N3和第四开关管N4均为三极管。

更进一步地，第一开关管N1的集电极与光电传感器PD的第一端连接，第一开关管N1的发射极与采样电路11的第一电容C1的第一端连接；第二开关管N2的集电极与光电传感器PD的第一端连接，第二开关管N2的发射极与采样电路11的第二电容C2的第一端连接；第三开关管N3的集电极与第一电容C1的第一端连接，第三开关管N3的发射极接地；第四开关管N4的集电极与第二电容C2的第一端连接，第四开关管N4的发射极接地。

进一步地，采样电路11还包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接于采样电路11的第一电容C1的第一端和采样电路11的第三开关管N3的第一端之间，第二电阻R2连接于采样电路11的第二电容C2的第一端和采样电路11的第四开关管N4的第一端之间。

进一步地，采样电路11的第一输出端Vout1和第二输出端Vout2分别与转换电路12连接。

结合图3所示，本实施例2可以通过控制第一信号Vs1和第二信号Vs2，从而交替闭合第一开关管N1和第二开关管N2，第一信号Vs1和第二信号Vs2反相，如果当前无回波信号，则第一电容C1和第二电容C2中存储的为背景噪声信号，对应的信号幅值为Qoff，如果当前有回波信号，则回波信号和背景噪声一起产生的电荷存储在电容C1和C2中；回波脉冲的上升沿与且仅与第一信号Vs1或者第二信号Vs2的其中一个开关脉冲相交，其有效信号为Qr；回波脉冲的下降沿与且仅与第一信号Vs1或者第二信号Vs2其中一个开关脉冲相交Qf；回波脉冲的中间波形包含第一信号Vs1和/或者第二信号Vs2的至少一个脉冲Qon；根据(Qr-Qoff)/(Qon-Qoff)可以计算返回脉冲的上升沿所对应的时间；根据(Qf-Qoff)/(Qon-Qoff)可以计算返回脉冲的下降沿所对应的时间。本实施例2可以应用于间接飞行时间测距的电路实现，通过获取的电荷累积出相应的电压信号，计算出对应的相位比例关系，从而计算出所需求解的时间信息，从而得到物体的距离信息。

图3中，系统调制信号是用于设置调制模式，使得光脉冲信号按照调制模式进行工作，反射光脉冲是调制光脉冲碰到被测目标物体之后反射回的光信息，通过光电效应在C1和C2的电容上反馈解调信息。

实施例3：

本实施例3提供了一种探测装置，探测装置包括上述的读出电路。探测装置还包括光电传感器PD，光电传感器PD与探测装置的读出电路连接，具体的，光电传感器PD与读出电路的采样电路连接。

本实用新型提供的采样电路、读出电路及探测装置可以采集像素单元不同时间的电荷信息，使用开关管控制切换电容充放电的过程，当开关管打开的时候，光电传感器PD向电容充电时，电流信号累积转换为电压信号，当开关管闭合的时候，控制电路读取电容上的电压信号，电容放电，还可以将模拟电压信号转换为数字电压信号以用于后续的计算。

本实用新型采用两个独立的电容(第一电容C1和第二电容C2)分别存储不同时间的像素电荷；针对第一电容C1和第二电容C2使用晶体管或者MOS管作为开关，对其进行充放电操作；针对第一电容C1和第二电容C2上采集的电荷信息，通过电荷积分电路将电流信号转换位电压信号；针对生成的电压信号进行ADC采样。

本实用新型的电路结构简单，可以匹配相应的测距算法；本实用新型的采集精度高、帧率高、噪声滤出能力好，抗干扰能力强；像素单元的每个光电二极管和采样电路可以集成于一体，电路简单，对信号的处理可以在一个小芯片内实现；采用本实用新型的探测装置可以避免激光测距系统对机械扫描装置的依赖，提高系统的可靠性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采样电路，其特征在于，包括光电传感器(PD)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一开关管(N1)、第二开关管(N2)、第三开关管(N3)和第四开关管(N4)；

所述光电传感器(PD)的第一端分别与所述第一开关管(N1)的第一端和所述第二开关管(N2)的第一端连接，所述光电传感器(PD)的第二端接地，所述第一开关管(N1)的第二端与所述第一电容(C1)的第一端连接，所述第一电容(C1)的第二端接地，所述第三开关管(N3)的第一端与所述第一电容(C1)的第一端连接，所述第三开关管(N3)的第二端接地，所述第二开关管(N2)的第二端与所述第二电容(C2)的第一端连接，所述第二电容(C2)的第二端接地，所述第四开关管(N4)的第一端与所述第二电容(C2)的第一端连接，所述第四开关管(N4)的第二端接地；

所述第一电容(C1)的第一端为所述采样电路的第一输出端，所述第二电容(C2)的第一端为所述采样电路的第二输出端。

2.如权利要求1所述的采样电路，其特征在于，所述第一开关管(N1)、所述第二开关管(N2)、所述第三开关管(N3)和所述第四开关管(N4)均为三极管。

3.如权利要求2所述的采样电路，其特征在于，所述第一开关管(N1)的集电极与所述光电传感器(PD)的第一端连接，所述第一开关管(N1)的发射极与所述第一电容(C1)的第一端连接；

所述第二开关管(N2)的集电极与所述光电传感器(PD)的第一端连接，所述第二开关管(N2)的发射极与所述第二电容(C2)的第一端连接；

所述第三开关管(N3)的集电极与所述第一电容(C1)的第一端连接，所述第三开关管(N3)的发射极接地；

所述第四开关管(N4)的集电极与所述第二电容(C2)的第一端连接，所述第四开关管(N4)的发射极接地。

4.如权利要求1所述的采样电路，其特征在于，还包括第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述第一电阻(R1)连接于所述第一电容(C1)的第一端和所述第三开关管(N3)的第一端之间，所述第二电阻(R2)连接于所述第二电容(C2)的第一端和所述第四开关管(N4)的第一端之间。

5.一种读出电路，其特征在于，包括如权利要求1所述的采样电路(11)、用于将所述采样电路(11)采集的模拟信号转换为数字信号的转换电路(12)和用于输出数字信号的数据输出电路(13)；

所述采样电路(11)与所述转换电路(12)连接，所述转换电路(12)与所述数据输出电路(13)连接。

6.如权利要求5所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路(11)的第一开关管(N1)、第二开关管(N2)、第三开关管(N3)和第四开关管(N4)均为三极管。

7.如权利要求6所述的读出电路，其特征在于，所述第一开关管(N1)的集电极与光电传感器(PD)的第一端连接，所述第一开关管(N1)的发射极与所述采样电路(11)的第一电容(C1)的第一端连接；

所述第二开关管(N2)的集电极与所述光电传感器(PD)的第一端连接，所述第二开关管(N2)的发射极与所述采样电路(11)的第二电容(C2)的第一端连接；

所述第三开关管(N3)的集电极与所述第一电容(C1)的第一端连接，所述第三开关管(N3)的发射极接地；

所述第四开关管(N4)的集电极与所述第二电容(C2)的第一端连接，所述第四开关管(N4)的发射极接地。

8.如权利要求5所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路(11) 还包括第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述第一电阻(R1)连接于所述采样电路(11)的第一电容(C1)的第一端和所述采样电路(11)的第三开关管(N3)的第一端之间，所述第二电阻(R2)连接于所述采样电路(11)的第二电容(C2)的第一端和所述采样电路(11)的第四开关管(N4)的第一端之间。

9.如权利要求5所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路(11)的第一输出端和第二输出端分别与所述转换电路(12)连接。

10.一种探测装置，其特征在于，所述探测装置包括如权利要求5至9中任一项所述的读出电路。

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