CN217278905U - 一种apd反向偏置电压控制电路和激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种APD反向偏置电压控制电路和激光雷达，该偏置电压控制电路被用于激光雷达测距，测距前主控制器通过控制降压电路使得V_APD降低P％得到V_APD_D作用于APD上，以消除噪声对正常回波信号的影响。本实用新型通过APD噪声反馈的闭环控制方式，消除了APD个体之间的差异性，根据每个APD特性得到合适的偏置电压，使得APD工作在最佳工作点，提高整机的测距性能，并能随温度稳定调节，调节精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种APD反向偏置电压控制电路和激光雷达。
背景技术
激光雷达的测距性能依赖高灵敏度的光电传感器，但由于制作工艺的差异，每个光电传感器的最佳反向偏置电压有所不同；并且在不同环境温度下也会导致最佳反向偏置电压设置点不同。目前，典型的做法是保留一定的反向偏置电压裕量，并根据典型的温度曲线对反向偏置电压进行补偿。
但是，上述补偿方法不能将光电传感器的反向偏置电压调节到最佳偏置电压工作点，不能使光电传感器达到最佳性能。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型实施例提供了一种APD反向偏置电压控制电路和激光雷达以解决上述技术问题。
本实用新型的目的是提供一种APD反向偏置电压控制电路，包括：主控制器，数模转换器，升压电路以及降压电路；
所述主控制器与所述数模转换器连接；所述数模转换器的输出端与所述升压电路输入端电连接；所述升压电路的输出端与APD连接；所述降压电路输入端与所述升压电路的输出端电连接；所述降压电路的控制端与所述主控制器电连接；所述降压电路的输出端与所述APD连接，
所述数模转换器用于将主控制器输出数字信号转换为模拟电平信号，其受控于主控制器，并根据主控制器的数字调节信号调整其输出电平信号；
所述升压电路用于产生作用于APD反向偏置电压的输出电压V_APD，其受控于数模转换器输出电平信号大小；
所述降压电路用于在测距过程中将所述升压电路产生的APD反向偏置电压V_APD降低P％得到偏置电压V_APD_D作用于APD上，其受控于主控制器；
所述主控制器通过运行程序实现逻辑运算和逻辑处理。
在其中一个实施例中，所述APD反向偏置电压控制电路还包括：回波及噪声采集电路，所述回波及噪声采集电路输入端与APD连接，所述回波及噪声采集电路输出端与所述主控制器电连接，所述回波及噪声采集电路用于采集APD接收到的回波信号及其自身产生的噪声信号，并传输至主控制器，所述主控制用于根据所述回波信号和/或噪声信号控制所述降压电路。
在其中一个实施例中，所述主控制器根据所述回波信号及噪声的数量，控制所述数模转换器的输出调节所述升压电路的输出电压V_APD。
在其中一个实施例中，所述回波及噪声采集电路包括跨阻抗前置放大电路和固定增益运算放大电路；
所述跨阻抗前置放大电路输入端连接APD输出端，用于将APD输出的电流脉冲信号转换为电压信号；
所述固定增益运算放大电路输入端连接跨阻抗前置放大电路输出端，用于将跨阻抗前置放大电路输出的微弱电压信号进行信号放大。
在其中一个实施例中，所述主控制器与所述数模转换器通过SPI总线连接。
在其中一个实施例中，所述主控制器为FPGA控制器。
在其中一个实施例中，所述升压电路为DC-DC升压电路。
一种激光雷达，其特征在于包含上述的APD反向偏置电压控制电路。
本实用新型的有益效果在于通过APD噪声反馈的闭环控制方式，消除了 APD个体之间的差异性，根据每个APD特性得到合适的偏置电压，使得APD 工作在最佳工作点，提高整机的测距性能，并且偏置电压能随温度稳定调节，调节精度高，调节过程震荡小。
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性的前提下，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提供的一种APD反向偏置电压控制电路结构示意图；
图2为本实用新型另一实施例提供的一种APD反向偏置电压控制电路结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种APD反向偏置电压控制电路流程示意图。
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。
图1为本实用新型实施例提供的一种APD反向偏置电压控制电路的结构示意图，如图1所示，该APD反向偏置电压控制电路包括：主控制器11，数模转换器12，升压电路13，以及降压电路15。
在本实施例中，数模转换器12，用于将主控制器输出数字信号转换为模拟电平信号，其受控于主控制器11，并根据主控制器11的数字调节信号调整其输出电平信号。所述升压电路的输出端与APD连接，用于产生作用于APD 反向偏置电压的输出电压V_APD，其受控于数模转换器12输出电平信号大小。所述降压电路15的控制端与所述主控制器11电连接；所述降压电路15的输出端与所述APD连接，用于在测距过程中将所述升压电路产生的APD反向偏置电压V_APD降低P％得到偏置电压V_APD_D作用于APD上，其受控于主控制器。主控制器11，通过控制所述数模转换器的输出调节所述升压电路的输出电压，并通过所述回波及噪声采集电路监控单位时间T内采集到的噪声数量。可选地，主控制器11根据设定值(该设置值可以根据产品说明中记载的APD 参数确定)控制所述数模转换器的输出调节所述升压电路的输出电压。
请参见图2，在其中一个实施例中，该APD反向偏置电压控制电路还包括：回波及噪声采集电路，所述回波及噪声采集电路输入端与APD连接，所述回波及噪声采集电路输出端与所述主控制器电连接，所述回波及噪声采集电路用于采集APD接收到的回波信号及其自身产生的噪声信号，并传输至主控制器，所述主控制用于根据所述回波信号和/或噪声信号控制所述降压电路。
具体地，在本实施例中，主控制器11为FPGA控制器。
可选地，数模转换器12，通过SPI总线连接主控制器，输出电平信号受控于主控制器；
可选地，升压电路13，为DC-DC升压电路；所述数模转换器12的输出端连接DC-DC升压电路13的控制端。
可选地，回波及噪声采集电路14，包括跨阻抗前置放大电路和固定增益运算放大电路。所述跨阻抗前置放大电路输入端连接APD输出端，用于将APD 输出的电流脉冲信号转换为电压信号，方便后级进一步进行信号处理。所述固定增益运算放大电路输入端连接跨阻抗前置放大电路输出端，用于将跨阻抗前置放大电路输出的微弱电压信号进行信号放大。
具体地，若所述回波及噪声采集电路14单位时间T内反馈至主控制器的噪声数量小于N，则所述主控制器11控制数模转换器12的输出调节升压电路13的输出电压升高。若所述回波及噪声采集电路14单位时间T内反馈至主控制器11的噪声数量在范围N(N1<N<N2)内，则所述主控制器11控制数模转换器12的输出调节升压电路13的输出电压停止升高，此刻升压电路 13的输出电压达到一个稳定值，该电压稳定值为当前状态下APD最佳反向偏置电压设置点。获取到APD最佳反向偏置电压设置点后V_APD后，测距开始前，主控制器11通过控制降压电路15将V_APD降低P％得到偏置电压 V_APD_D作用于APD上，以消除噪声对正常回波信号的影响。
本实用新型实施例提供的一种APD反向偏置电压控制电路，包括：主控制器，数模转换器，升压电路，回波及噪声采集电路，降压电路。所述数模转换器用于将主控制器输出数字信号转换为模拟电平信号，其受控于主控制器，并根据主控制器的数字调节信号调整其输出电平信号；所述升压电路用于产生作用于APD反向偏置电压的输出电压V_APD，其受控于数模转换器输出电平信号大小；所述回波及噪声采集电路用于采集APD接收到的回波信号及其自身产生的噪声信号，其传输至主控制器；所述降压电路用于在测距过程中将所述升压电路产生的APD反向偏置电压V_APD降低P％得到偏置电压V_APD_D作用于APD上，其受控于主控制器；所述主控制器通过控制所述数模转换器的输出调节所述升压电路的输出电压，并通过所述回波及噪声采集电路监控单位时间T内采集到的噪声数量。本实用新型实施例利用APD 噪声信号闭环控制反向偏置电压设置点，具体地，若回波及噪声采集电路单位时间T内反馈至主控制器的噪声数量小于N，则所述主控制器控制数模转换器的输出调节升压电路的输出电压升高。若回波及噪声采集电路单位时间T 内反馈至主控制器的噪声数量在范围N(N1<N<N2)内，则所述主控制器控制数模转换器的输出调节升压电路的输出电压停止升高，此刻升压电路的输出电压达到一个稳定值，该电压稳定值为当前状态下APD最佳反向偏置电压设置点。
图3为本实用新型实施例提供的一种APD反向偏置电压控制电路流程示意图，本实施例提供的一种APD反向偏置电压控制电路，包括以下步骤：
步骤201，主控制器通过回波及噪声采集电路获取APD反馈噪声数量；
步骤202，APD反馈噪声数量小于N，主控制器通过数模转换器控制升压电路输出反向偏置电压升高；
步骤203，随着升压电路输出的反向偏置电压升高，APD反馈噪声数量开始增加；
步骤204，APD反馈噪声数量在范围N(N1<N<N2)内，主控制器通过数模转换器控制升压电路输出反向偏置电压停止升高，该电压稳定值为当前状态下APD最佳反向偏置电压设置点；
具体地，若回波及噪声采集电路单位时间T内反馈至主控制器的噪声数量小于N，则所述主控制器控制数模转换器的输出调节升压电路的输出电压升高。若回波及噪声采集电路单位时间T内反馈至主控制器的噪声数量在范围N(N1<N<N2)内，则所述主控制器控制数模转换器的输出调节升压电路的输出电压停止升高，此刻升压电路的输出电压达到一个稳定值，该电压稳定值为当前状态下APD最佳反向偏置电压设置点。
综上所述，本实用新型实施例提供了一种APD反向偏置电压控制电路，通过APD噪声反馈的闭环控制方式，消除了APD个体之间的差异性，根据每个APD特性得到合适的偏置电压，使得APD工作在最佳工作点，提高整机的测距性能，并且偏置电压能随温度稳定调节，调节精度高，调节过程震荡小。
基于同样的发明构思，本申请的其中一个实施例中还提出一种激光雷达，该激光雷达包括上述实施例中的APD反向偏置电压控制电路。该APD反向偏置电压控制电路的工作机制与原理可参见上文中的相关描述，在此不做赘述。
本实用新型中应用了具体实施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，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (8)
1.一种APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，包括：主控制器，数模转换器，升压电路以及降压电路；
所述主控制器与所述数模转换器连接；所述数模转换器的输出端与所述升压电路输入端电连接；所述升压电路的输出端与APD连接；所述降压电路输入端与所述升压电路的输出端电连接；所述降压电路的控制端与所述主控制器电连接；所述降压电路的输出端与所述APD连接，
所述数模转换器用于将主控制器输出数字信号转换为模拟电平信号，其受控于主控制器，并根据主控制器的数字调节信号调整其输出电平信号；
所述升压电路用于产生作用于APD反向偏置电压的输出电压V_APD，其受控于数模转换器输出电平信号大小；
所述降压电路用于在测距过程中将所述升压电路产生的APD反向偏置电压V_APD降低P％得到偏置电压V_APD_D作用于APD上，其受控于主控制器；
所述主控制器通过运行程序实现逻辑运算和逻辑处理。
2.根据权利要求1所述的APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，所述APD反向偏置电压控制电路还包括：回波及噪声采集电路，所述回波及噪声采集电路输入端与APD连接，所述回波及噪声采集电路输出端与所述主控制器电连接，所述回波及噪声采集电路用于采集APD接收到的回波信号及其自身产生的噪声信号，并传输至主控制器，所述主控制用于根据所述回波信号和/或噪声信号控制所述降压电路。
3.根据权利要求2所述的APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，所述主控制器根据所述回波信号及噪声的数量，控制所述数模转换器的输出调节所述升压电路的输出电压V_APD。
4.根据权利要求2所述的APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，所述回波及噪声采集电路包括跨阻抗前置放大电路和固定增益运算放大电路；
所述跨阻抗前置放大电路输入端连接APD输出端，用于将APD输出的电流脉冲信号转换为电压信号；
所述固定增益运算放大电路输入端连接跨阻抗前置放大电路输出端，用于将跨阻抗前置放大电路输出的微弱电压信号进行信号放大。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，所述主控制器与所述数模转换器通过SPI总线连接。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，所述主控制器为FPGA控制器。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的一种APD反向偏置电压控制电路，其特征在于，所述升压电路为DC-DC升压电路。
8.一种激光雷达，其特征在于，包含权利要求1～7任意一项所述的APD反向偏置电压控制电路。
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