CN216118002U - 一种激光雷达回波信号采集控制电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光雷达回波信号采集控制电路及装置，包括：模拟子电路及数字子电路，模拟子电路及数字子电路电连接；模拟子电路包括模数转换模块、时钟模块、信号调理模块、电平转换模块、RS232接口模块及模拟电源模块；信号调理模块、时钟模块及电平转换模块分别与模数转换模块电连接，RS232接口模块与上位机电连接，时钟模块与电平转换模块电连接；数字子电路包括主控模块、数字电源模块、USB控制模块、第一PROM模块及第二PROM模块；USB控制模块、第一PROM模块及第二PROM模块分别与数字电源模块电连接，USB控制模块及第一PROM模块分别与主控模块电连接，第二PROM模块与USB控制模块电连接。本实用新型有抗串扰性能强、信号传输性能好及可靠性高。

Description

一种激光雷达回波信号采集控制电路及装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达回波信号采集控制电路及装置。

背景技术

“雷达”(Radar)是一种通过发射电磁波，检测回波信号的方法来探知目标物空间位置的远程探测设备。通常激光雷达系统由激光发射系统、激光接收系统、信号处理系统以及附属的电源、控制、显示系统组成。激光雷达工作时由激光发射系统想目标发射探测信号(激光束),然后激光接收系统接收从目标物反射回来的回波信号，信号处理对回波信号做适当的处理和分析之后就可以获得目标物的信息。激光雷达可以采用相干方式接收信号，通过后置信号处理设备实现对目标物的探测，或者采用非相干的能量接收方式，实现以脉冲计数为基础的测距雷达[21。

系统由激光器、发射和接收光路系统、光电探测器、信号放大电路、回波信号数据采集设备以及工控机构成。激光器工作时发出一定重复频率的激光脉冲，经发射光路后射向空中:激光束在传输过程中与大气中的各种物质发生相互作用并产生后向散射信号；后向散射信号经接收光路处理后，由光电探测器接收并转换为电信号。其中，信号放大电路对光电探测器输出的信号做适当的放大和偏移处理，以匹配回波信号数据采集设备的接口要求；回波信号数据采集设备实现模数转换功能和硬件累加功能，并将采集到的数据上传到工控机中作进-步的分析和处理。然而，现有技术的激光雷达回波信号采集设备可靠性能仍有待提升。因此，发明一种激光雷达回波信号采集控制电路成为该领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光雷达回波信号采集控制电路及装置。

第一方面，本实用新型公开了一种激光雷达回波信号采集控制电路，包括模拟子电路及数字子电路，所述模拟子电路及所述数字子电路电连接；所述模拟子电路包括模数转换模块、时钟模块、信号调理模块、电平转换模块、RS232接口模块及模拟电源模块；所述模数转换模块、所述时钟模块、所述信号调理模块、所述电平转换模块及所述RS232接口模块分别与所述模拟电源模块电连接，所述信号调理模块、所述时钟模块及所述电平转换模块分别与所述模数转换模块电连接，所述RS232接口模块与上位机电连接，所述时钟模块与所述电平转换模块电连接；所述数字子电路包括主控模块、数字电源模块、USB控制模块、第一PROM模块及第二PROM模块；所述主控模块分别与所述数字电源模块及所述电平转换模块电连接，所述USB控制模块、所述第一PROM模块及所述第二PROM模块分别与所述数字电源模块电连接，所述USB控制模块及所述第一PROM模块分别与所述主控模块电连接，所述第二PROM模块与所述USB控制模块电连接。

优选地，所述模数转换模块包括模数转换器、模拟输入单元、控制接口单元及总线接口单元；所述模拟输入单元与所述信号调理模块电连接，所述模拟输入单元、所述控制接口单元及所述总线接口单元分别与所述模数转换器电连接。

优选地，所述模数转换模块还包括外部参考电压单元；所述外部参考电压单元分别与所述模拟电源模块及所述模数转换器电连接。

优选地，所述信号调理模块包括直流偏置单元、滤波单元及单端转差分信号转换单元；所述直流偏执单元与所述滤波单元电连接，所述滤波单元与所述单端转差分信号转换单元电连接，所述单端转差分信号转换单元与所述模拟输入单元电连接。

优选地，所述电平转换模块包括电平转换器；所述电平转换器分别与所述模拟电源模块及所述模数转换模块电连接。

优选地，所述模数转换器的芯片型号为AD9266。

第二方面，本实用新型还公开了一种装置，包括第一方面所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路。

本实用新型的一种激光雷达回波信号采集控制电路具有如下有益效果，本实用新型公开的一种激光雷达回波信号采集控制电路包括：模拟子电路及数字子电路，所述模拟子电路及所述数字子电路电连接；所述模拟子电路包括模数转换模块、时钟模块、信号调理模块、电平转换模块、RS232接口模块及模拟电源模块；所述模数转换模块、所述时钟模块、所述信号调理模块、所述电平转换模块及所述RS232接口模块分别与所述模拟电源模块电连接，所述信号调理模块、所述时钟模块及所述电平转换模块分别与所述模数转换模块电连接，所述RS232接口模块与上位机电连接，所述时钟模块与所述电平转换模块电连接；所述数字子电路包括主控模块、数字电源模块、USB控制模块、第一PROM模块及第二PROM模块；所述主控模块分别与所述数字电源模块及所述电平转换模块电连接，所述USB控制模块、所述第一PROM模块及所述第二PROM模块分别与所述数字电源模块电连接，所述USB控制模块及所述第一PROM模块分别与所述主控模块电连接，所述第二PROM模块与所述USB控制模块电连接。所述模数转换模块用于结合低相位噪声的所述时钟模块实现高速模数转换；所述信号调理模块用于对接收到的回波信号做直流偏置和滤波，并将单端信号转化为差分信号；所述电平转换模块包括用于调整信号电平，且对所述数字子电路中主控模块的IO端口起隔离防护作用；所述RS232接口模块用于实现采集卡与上位机的串口通信功能；所述USB控制模块用于实现所述主控模块的进行编程扩展控制；所述第一PROM模块用于配置所述主控模块，所述第二PROM模块用于配置所述USB控制模块；所述模拟子电路与数字子电路分别通过所述模拟电源模块及所述数字电源模块提供不同的供电，从而起到降低串扰，减小电源噪声的作用。因此，本实用新型有抗串扰性能强、信号传输性能好及可靠性高。

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，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，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附图：

图1是本实用新型较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的原理框图；

图2是本实用新型另一较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的原理框图；

图3是本实用新型较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的模拟输入单元的电路图；

图4是本实用新型较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的外部参考电压单元的电路图；

图5是本实用新型较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的原理框图；

图6是本实用新型较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的滤波单元的电路图；

图7是本实用新型较佳实施例的一种激光雷达回波信号采集控制电路的单端转差分信号转换单元的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例一

本实用新型较佳实施例的如图1所示，包括模拟子电路1及数字子电路2，所述模拟子电路1及所述数字子电路2电连接；所述模拟子电路1包括模数转换模块11、时钟模块12、信号调理模块13、电平转换模块14、RS232接口模块15及模拟电源模块16；所述模数转换模块11、所述时钟模块12、所述信号调理模块13、所述电平转换模块14及所述RS232接口模块15分别与所述模拟电源模块16电连接，所述信号调理模块13、所述时钟模块12及所述电平转换模块14分别与所述模数转换模块11电连接，所述RS232接口模块15与上位机电连接，所述时钟模块12与所述电平转换模块14电连接；所述数字子电路2包括主控模块21、数字电源模块22、USB控制模块23、第一PROM模块24及第二PROM模块25；所述主控模块21分别与所述数字电源模块22及所述电平转换模块14电连接，所述USB控制模块23、所述第一PROM模块24及所述第二PROM模块25分别与所述数字电源模块22电连接，所述USB控制模块23及所述第一PROM模块24分别与所述主控模块21电连接，所述第二PROM模块25与所述USB控制模块23电连接。

所述模数转换模块11用于结合低相位噪声的所述时钟模块12实现高速模数转换；所述信号调理模块13用于对接收到的回波信号做直流偏置和滤波，并将单端信号转化为差分信号；所述电平转换模块14包括用于调整信号电平，且对所述数字子电路2中主控模块的IO端口起隔离防护作用；所述RS232接口模块15用于实现采集卡与上位机的串口通信功能；所述USB控制模块23用于实现所述主控模块21的进行编程扩展控制；在本实施例中，所述主控模块21为FPGA；所述第一PROM模块14用于配置所述主控模块21，所述第二PROM模块25用于配置所述USB控制模块23；所述模拟子电路1与数字子电路2分别通过所述模拟电源模块16及所述数字电源模块22提供不同的供电，从而起到降低串扰，减小电源噪声的作用。因此，本实用新型有抗串扰性能强、信号传输性能好及可靠性高。

优选地，请参阅图2，所述模数转换模块11包括模数转换器111、模拟输入单元112、控制接口单元113及总线接口单元114；所述模拟输入单元112与所述信号调理模块13电连接，所述模拟输入单元112、所述控制接口单元113及所述总线接口单元114分别与所述模数转换器111电连接。可以理解的是，所述模拟输入单元用于实现对所述模数转换器111的模拟电压输入配置；所述控制接口单元113用于实现对所述模数转换器111的引脚配置，所述控制接口单元113用于提高所述模数转换器111的总线驱动能力。在本实施例中，所述模数转换器111的芯片型号为AD9266；所述总线接口单元114的驱动器芯片型号为SN74LVCH162244。

优选地，请参阅图3，所述模拟输入单元112为采样保持电路，采用差分开关电容电路的形式。所述模拟输入单元112在时钟信号的驱动下在采样模式和保持模式之间不断地转换；当电路处于采样模式时，信号源必须能够在半个时钟周期内完成对采样电容的充电、建立起保持电压；两个模拟输入端各串联连一个小的电阻以减小充电时期的输出的瞬变电流，此外两个输入端之间还要并联一一个电容来提供一个匹配的无源网络。

优选地，请参阅图4，所述模数转换模块11还包括外部参考电压单元115；所述外部参考电压单元115分别与所述模拟电源模块16及所述模数转换器111电连接。可以理解的是，所述模数转换器111AD9266内建有一个1.0V参考电压，所述模数转换器111AD9266还提供了一个外部参考电压输入引脚VREF。当需要更高的增益精度或者是更高的温度漂移特性时通过高稳定度和高精度的外部参考电压单元115。其中，通过所述模数转换器111AD9266的引脚SENSE选择参考电压源:当SENSE被置为1.8V时选择外部参考电压源:当SENSE被置为0-～0.2V时选择使用内部参考电压源。所述外部参考电压单元115通过分压器及电压跟随器实现，其中AD1580为高精度的参考电压芯片，用于提供1.225V的稳定电压输出，通过电位器来R202实现对AD1580的输出电压分压，从而得到1.0V的参考电压。

优选地，所述信号调理模块13包括直流偏置单元131、滤波单元132及单端转差分信号转换单元133；所述直流偏执单元与所述滤波单元132电连接，所述滤波单元132与所述单端转差分信号转换单元133电连接，所述单端转差分信号转换单元133与所述模拟输入单元112电连接。可以理解的是，所述直流偏置单元131用于调整信号偏移量；请参阅图6，所述滤波单元132用于避免信号混叠的发生，降低信号干扰；所述单端转差分信号转换单元133用于将单端信号转换为差分信号后输入到所述模数转换模块11的模拟输入单元112。

优选地，请参阅图5，前端的信号放大板卡直接输出的信号为增益可调的正信号，而所述模数转换模块允许的最大模拟输入范围为+1--1V，若直接采集信号放大板卡的输出，则造成负输入空间的浪费；因此US噢书直流偏置单元131用于实现对ADC的有效输入范围的充分利用，对信号的直流偏移量进行调整，使信号的电压范围在全部输入空间中分布均匀，本实施例的直流电路通过云放结构实现；在本实施例中，所述直流偏置单元131包括电位器R811及电压跟随器U806，通过改变VREF的电压来调节输出信号的偏移量。

优选地，请参阅图7，所述单端转差分信号转换单元133的芯片型号为ADA4940。其中，反馈电阻Rf1与Rf2、增益电阻Rg1与Rg2阻值相等，用于避免共模抑制比的减小及减小差模输出偏移；为了减小误差，反馈电阻Rf1与Rf2、增益电阻Rg1与Rg2为精度较高，温度系数较低的金属膜电阻。

优选地，所述电平转换模块14包括电平转换器；所述电平转换器分别与所述模拟电源模块16及所述模数转换模块11电连接。可以理解的是，在本实施例中，所述电平转换器的芯片型号为SN74LVC1T45,所述电平转换模块用于实现对所述数字子电路中主控模块的电平匹配。

实施例二

本实用新型还公开了一种装置，包括实施例一所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路。

综上所述，本实用新型所提供的一种激光雷达回波信号采集控制电路包括模拟子电路1及数字子电路2，所述模拟子电路1及所述数字子电路2电连接；所述模拟子电路1包括模数转换模块11、时钟模块12、信号调理模块13、电平转换模块14、RS232接口模块15及模拟电源模块16；所述模数转换模块11、所述时钟模块12、所述信号调理模块13、所述电平转换模块14及所述RS232接口模块15分别与所述模拟电源模块16电连接，所述信号调理模块13、所述时钟模块12及所述电平转换模块14分别与所述模数转换模块11电连接，所述RS232接口模块15与上位机电连接，所述时钟模块12与所述电平转换模块14电连接；所述数字子电路2包括主控模块21、数字电源模块22、USB控制模块23、第一PROM模块24及第二PROM模块25；所述主控模块21分别与所述数字电源模块22及所述电平转换模块14电连接，所述USB控制模块23、所述第一PROM模块24及所述第二PROM模块25分别与所述数字电源模块22电连接，所述USB控制模块23及所述第一PROM模块24分别与所述主控模块21电连接，所述第二PROM模块25与所述USB控制模块23电连接。所述模数转换模块11用于结合低相位噪声的所述时钟模块12实现高速模数转换；所述信号调理模块13用于对接收到的回波信号做直流偏置和滤波，并将单端信号转化为差分信号；所述电平转换模块14包括用于调整信号电平，且对所述数字子电路2中主控模块的IO端口起隔离防护作用；所述RS232接口模块15用于实现采集卡与上位机的串口通信功能；所述USB控制模块23用于实现所述主控模块21的进行编程扩展控制；所述第一PROM模块14用于配置所述主控模块，所述第二PROM模块25用于配置所述USB控制模块23；所述模拟子电路1与数字子电路2分别通过所述模拟电源模块16及所述数字电源模块22提供不同的供电，从而起到降低串扰，减小电源噪声的作用。因此，本实用新型有抗串扰性能强、信号传输性能好及可靠性高。

以上对本实用新型所提供的一种激光雷达回波信号采集控制电路及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种激光雷达回波信号采集控制电路，其特征在于，包括：模拟子电路及数字子电路，所述模拟子电路及所述数字子电路电连接；所述模拟子电路包括模数转换模块、时钟模块、信号调理模块、电平转换模块、RS232接口模块及模拟电源模块；所述模数转换模块、所述时钟模块、所述信号调理模块、所述电平转换模块及所述RS232接口模块分别与所述模拟电源模块电连接，所述信号调理模块、所述时钟模块及所述电平转换模块分别与所述模数转换模块电连接，所述RS232接口模块与上位机电连接，所述时钟模块与所述电平转换模块电连接；所述数字子电路包括主控模块、数字电源模块、USB控制模块、第一PROM模块及第二PROM模块；所述主控模块分别与所述数字电源模块及所述电平转换模块电连接，所述USB控制模块、所述第一PROM模块及所述第二PROM模块分别与所述数字电源模块电连接，所述USB控制模块及所述第一PROM模块分别与所述主控模块电连接，所述第二PROM模块与所述USB控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路，其特征在于，所述模数转换模块包括模数转换器、模拟输入单元、控制接口单元及总线接口单元；所述模拟输入单元与所述信号调理模块电连接，所述模拟输入单元、所述控制接口单元及所述总线接口单元分别与所述模数转换器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路，其特征在于，所述模数转换模块还包括外部参考电压单元；所述外部参考电压单元分别与所述模拟电源模块及所述模数转换器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路，其特征在于，所述信号调理模块包括直流偏置单元、滤波单元及单端转差分信号转换单元；所述直流偏执单元与所述滤波单元电连接，所述滤波单元与所述单端转差分信号转换单元电连接，所述单端转差分信号转换单元与所述模拟输入单元电连接。

5.根据权利要求1所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路，其特征在于，所述电平转换模块包括电平转换器；所述电平转换器分别与所述模拟电源模块及所述模数转换模块电连接。

6.根据权利要求2所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路，其特征在于，所述模数转换器的芯片型号为AD9266。

7.一种装置，包括权利要求1-6任一项所述的一种激光雷达回波信号采集控制电路。

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