DE102009028350A1 - Method for producing coherent electric or electromagnetic modulation signals with definite, relative phase shifts, involves connecting signal outputs with common circuit output in component provided outside integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer kohärenter elektrischer oder elektromagnetischer Modulationssignale mit definierten, relativen Phasenverschiebungen, wobei ein erstes Signal eine Referenzphasenlage aufweist und mindestens zwei weitere Signale erzeugt werden, die eine voneinander unterschiedliche Phasenlage relativ zu der Referenzphase haben, wobei alle Signale durch dasselbe Taktsignal erzeugt werden und die Phasenverschiebungen durch denselben Phasengenerator auf einem integrierten Schaltkreis erzeugt werden, wobei die mindestens zwei weiteren Signale zeitlich nacheinander auf denselben Schaltungsausgang geleitet werden.The The present invention relates to a method for generating a plurality coherent electrical or electromagnetic modulation signals with defined, relative phase shifts, with a first Signal has a reference phase position and at least two more Signals are generated which have a different phase position relative to the reference phase, with all signals passing through it Clock signal can be generated and the phase shifts by the same Phase generator can be generated on an integrated circuit wherein the at least two further signals in temporal succession be routed to the same circuit output.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Schaltung zum Erzeugen mehrerer kohärenter elektromagnetischer Modulationssignale mit definierten, relativen Phasenverschiebungen, mit einem Taktsignalgenerator und einem Phasengenerator, der auf einem integrierten Schaltkreis angeordnet ist und mehrere Ausgänge für mehrere Signale unterschiedlicher relativer Phasenlager aufweist, wobei ein erstes Signal an einem ersten Ausgang des Phasengenerators eine Phasenlage aufweist, die als Referenzphase dient, und wobei an mindestens zwei weiteren Ausgängen des Phasengenerators Signale bereitgestellt werden, die relativ zur Referenzphase eine voneinander unterschiedliche Phasenlage haben, und mit einer Multiplexschaltung, die die Signale an den mindestens zwei weiteren Ausgängen des Phasengenerators wahlweise und zeitlich nacheinander mit einem Schaltungsausgang verbindet.As well The present invention also relates to a circuit for generating a plurality of coherent electromagnetic modulation signals with defined, relative phase shifts, with a clock signal generator and a phase generator operating on an integrated circuit is arranged and several outputs for several Having signals of different relative phase bearings, wherein a first signal at a first output of the phase generator a Has phase position, which serves as a reference phase, and wherein at least two further outputs of the phase generator signals provided which are different from each other relative to the reference phase Have phase position, and with a multiplex circuit, the signals to the at least two further outputs of the phase generator optionally and in succession with a circuit output combines.
Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen werden benötigt zur Modulation von Signalen oder Bauelementen, die – abstrakt gesprochen – direkt oder nach Durchlaufen unterschiedlicher Pfade oder Prozesse oder Erzeugung sekundärer Signale wieder zur Überlagerung bzw. Mischung gebracht werden, wobei das Mischsignal ausgewertet wird, um auf diese Weise Rückschlüsse auf die unterschiedlichen Pfade oder Prozesse zu ermöglichen oder das Mischsignal als Nutzsignal zu verwenden und gezielt durch die unterschiedlichen Pfade oder Prozesse zu beeinflussen.Appropriate Methods and devices are needed for modulation of signals or components that - in abstract terms - are direct or after passing through different paths or processes or generation secondary signals again for superimposition or Be brought mixture, wherein the mixed signal is evaluated, in this way conclusions about the different paths or to allow processes or the mixed signal as a useful signal to use and targeted by the different paths or To influence processes.
Ein
Beispiel hierfür ist die sogenannte PMD-Technologie (PMD
für Photo-Mischdetektor), die eine optische 3D-Vermessung
und Erfassung von Objekten nach dem Laufzeitprinzip ermöglicht.
Ein PMD-Pixel wird wie herkömmliche foto- oder allgemein
strahlungsempfindliche Detektoren auf einem Halbleiter ausgebildet,
hat jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen Pixeln, wie sie
von den Halbleiterchips von digitalen Foto- oder Filmkameras bekannt sind,
jeweils zwei Auslesespeicherbereiche (wegen der Art ihrer Herstellung
auch als ”Auslesediffusionen” bezeichnet). Diese
Auslesespeicherbereiche werden, vorzugsweise im Gegentakt, mit einem
ersten Modulationssignal beaufschlagt. Dies bedeutet, daß die
beiden Gates im zeitlichen Wechsel unterschiedliche Potentiale einnehmen
und die in dem umgebenden Halbleitermaterial erzeugten Ladungsträger
je nach dem momentanen Potential tendenziell eher aufnehmen oder
abstoßen. Beschrieben wird ein solches Verfahren beispielsweise
in der
Bei konstanter Beleuchtung eines entsprechenden Pixels oder eines entsprechenden Pixelarrays und einer zeitlichen Integration der von den Auslesespeicherbereichen abgeleiteten Ströme bzw. Ladungen über eine Messzeit, die deutlich größer als die Periode der Modulationssignale ist, ergibt sich zwischen den Auslesespeicherbereichen eines Pixels eine Differenz von 0 in der Zahl der von den beiden Gates aufgenommenen Ladungen.at constant illumination of a corresponding pixel or a corresponding one Pixel arrays and a temporal integration of the readout memory areas derived currents or charges over a measuring time, which is significantly larger than the period of the modulation signals is, results between the read memory areas of a pixel a difference of 0 in the number of times recorded by the two gates Charges.
Falls jedoch die Beleuchtung mit einer Frequenz moduliert wird, die zu dem Modulationssignal kohärent ist (wobei der Begriff ”Kohärenz” hier im Sinne einer phasenstarren Kopplung verwendet wird), ergibt sich jedoch an den Auslesespeicherbereichen eines Pixels eine Differenz in der Zahl der aufgenommenen durch die Strahlung erzeugten Ladungsträger, die nach Integration zu einem von Null verschiedenen Differenzsignal führt. Das Differenzsignal ist dabei ein Maß für die relative Phasenlage zwischen dem Modulationssignal an den Gates und der auf dem Pixel auftreffenden, intensitätsmodulierten StrahlungIf However, the lighting is modulated with a frequency that too is coherent with the modulation signal (where the term "coherence" is here is used in the sense of a phase-locked coupling), results however, at the readout memory areas of a pixel, a difference in the number of charge carriers generated by the radiation, after integration into a non-zero difference signal leads. The difference signal is a measure of the relative phase angle between the modulation signal at the gates and the intensity modulated incident on the pixel radiation
Bei dem PMD-Verfahren wird demzufolge eine 3D-Szene durch eine intensitätsmodulierte Lichtquelle beleuchtet (allgemeiner gesprochen durch eine intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlung beaufschlagt). Für eine komplette 3D-Abbildung wird das von der 3D-Szene reflektierte (modulierte) Licht über eine Abbildungsoptik auf ein Array aus sogenannten PMD-Pixeln geführt, die ähnlich wie andere optische Sensoren aus einem licht- bzw. strahlungsempfindlichen Halbleitermaterial ausgebildet sind. Die Besonderheit von PMD-Pixeln besteht, wie schon erläutert darin, daß jedes Pixel zwei Auslesespeicherbereiche hat und dass diese beiden Auslesespeicherbereiche im Gegentakt mit einem Modulationssignal beaufschlagt werden.at Accordingly, the PMD method becomes a 3D scene by an intensity-modulated light source illuminated (more generally by an intensity modulated subjected to electromagnetic radiation). For a complete 3D image is reflected (modulated) by the 3D scene Light on an imaging optics on an array of so-called Led PMD pixels that are similar to other optical Sensors made of a light- or radiation-sensitive semiconductor material are formed. The peculiarity of PMD pixels is, as already illustrates that each pixel has two readout memory areas has and that these two readout memory areas in push-pull with a modulation signal to be applied.
Die Modulation der Beleuchtung erfolgt nun mit demselben Modulationsignal wie die Modulation der beiden Auslesespeicherbereiche (oder mit einem hiermit kohärenten Modulationssignal). Die relative Phasenlage zwischen dem Modulationssignal und dem reflektierten und von einem Pixelarray empfangenen, intensitätsmodulierten Lichtsignalen ist ein Maß für den Laufzeitunterschied des modulierten Lichtsignals und des direkt die Auslesespeicherbereiche des Pixels beaufschlagenden ersten Modulationssignals. Dieser Phasenunterschied wird wiederum bedingt durch die Entfernung des Objektes, von welchem die Strahlung reflektiert wurde, von dem betreffenden Pixel, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen werden kann, daß die modulierte Lichtquelle unmittelbar neben dem Pixel oder Pixelarray angeordnet ist.The modulation of the illumination now takes place with the same modulation signal as the modulation of the two read-out memory areas (or with a coherent modulation signal). The relative phase position between the modulation signal and the reflected and received by a pixel array, intensity-modulated light signals is a measure of the transit time difference of the modulated light signal and directly the Auslesespeicherberei che the pixel acting first modulation signal. This phase difference, in turn, is due to the distance of the object from which the radiation was reflected from the pixel in question, it being understood without loss of generality that the modulated light source is located immediately adjacent to the pixel or pixel array.
Dieser Phasenunterschied wird wiederum erfasst durch die unterschiedlichen Ladungsmengen, die sich aufgrund der gleichzeitigen Modulation der Auslesespeicherbereiche und der empfangenen Strahlung an den beiden Auslesespeicherbereichen ergibt. Konkret sind die Ladungsdifferenzen an den Auslesespeicherbereichen bzw. die daraus abgeleiteten Ströme oder Spannungen maximal, wenn die Phasendifferenz zwischen dem die Auslesespeicherbereiche beaufschlagenden Modulationssignal und der Intensitätsmodulation der auftreffenden Strahlung 0° oder 180° beträgt und minimal bzw. gleich Null, wenn die Phasendifferenz dieser Signale 90° oder 270° beträgt. Die Differenz der Ladungen an den Auslesespeicherbereichen ist damit ein direkt umzurechnendes Maß für die relative Phasenlage zwischen dem empfangenen, modulierten (und reflektierten) Lichtsignal und dem Modulationssignal, mit welchem die Auslesespeicherbereiche des Pixels beaufschlagt werdenThis Phase difference is again detected by the different Charge amounts due to the simultaneous modulation of the readout memory areas and the received radiation at the two readout memory areas. Specifically, the charge differences at the readout memory areas or the currents or voltages derived therefrom, if the phase difference between the read-out memory areas acting modulation signal and the intensity modulation the incident radiation is 0 ° or 180 ° and minimum or equal to zero, if the phase difference of these signals 90 ° or 270 °. The difference the charges at the readout memory areas is thus a directly convertible Measure the relative phase angle between the received, modulated (and reflected) light signal and the modulation signal, with to which the readout memory areas of the pixel are applied
Um die relative Phase eindeutig zu erfassen, muß eine Messung mit mindestens zwei verschiedenen relativen Phasenlagen erfolgen. Beispielsweise kann ein erstes Modulationssignal, mit welchem die Lichtquelle ausgangsseitig moduliert wird, relativ zu dem Modulationssignal der Auslesespeicherbereiche eine Phasenlage von 0° haben, während ein zweites Modulationssignal für die Lichtquelle eine relative Phasenverschiebung von 90° gegenüber dem Modulationssignal der Auslesespeicherbereiche aufweist. In der Praxis verwendet man häufig vier verschiedene Modulationen der Beleuchtung mit Phasenlagen von 0°, 90°, 180° und 270° relativ zur Referenzphase, die durch das Modulationssignal der Auslesespeicherbereiche definiert wird, weil man auf diese Weise auch etwaige Asymmetrien zwischen beiden Auslesespeicherbereichen besser kompensieren kann, die für sich betrachtet im Verhältnis zueinander wegen der Gegentaktmodulation ebenfalls eine Phasenverschiebung von 180° aufweisen.Around to clearly detect the relative phase, must be a measurement with at least two different relative phase angles. For example, a first modulation signal with which the light source output is modulated, relative to the modulation signal the readout memory areas have a phase angle of 0 °, while a second modulation signal for the Light source relative to a phase shift of 90 ° having the modulation signal of the readout memory areas. In the Practice often uses four different modulations Lighting with phase angles of 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° relative to the reference phase, due to the modulation signal the read-only memory is defined because you can do it that way also possible asymmetries between the two read memory areas better able to compensate, which in itself is proportionate to each other because of the push-pull modulation also a phase shift of 180 °.
Nach genauer Ermittlung der relativen Phasenlage des durch das Pixel empfangenen Lichtsignals kann über die Wellenlänge der Intensitätsmodulation diese Phasenlage unmittelbar die Laufzeit des Lichtsignals und somit die Entfernung des mit dem modulierten Licht beleuchteten Objektes bzw. Objektpunktes zu dem Pixel ermittelt werden.To more accurate determination of the relative phase angle of the pixel received light signal can over the wavelength the intensity modulation this phase immediately the duration of the light signal and thus the distance of the modulated with the Light illuminated object or object point to the pixel determined become.
Geringfügige Abweichungen in den relativen Phasen zwischen dem ersten Modulationssignal, welches als Referenz dient, und den die Beleuchtung modulierenden Signalen von entsprechenden Sollwerten wirken sich demnach unmittelbar als Fehler bei der Entfernungsbestimmung des Objektes und damit als Fehler bei der dreidimensionalen Wiedergabe eines Objektes aus.slight Deviations in the relative phases between the first modulation signal, which serves as a reference, and the signals modulating the illumination corresponding setpoints therefore have an immediate effect Error in the distance determination of the object and thus as Errors in the three-dimensional rendering of an object.
Zur Verringerung der Fehlerquellen und zur Reduzierung des Steuerungs- und Kontrollaufwandes werden in der Praxis die verschiedenen Modulationssignale von einer einzigen Taktquelle und einem einzigen Phasengenerator erzeugt. Die verschiedenen, phasenverschobenen Modulationssignale, die zur Eindeutigkeit der Phasenbestimmung notwendig sind, müssen zeitlich nacheinander zur Anwendung kommen, um die Ergebnisse beider Messungen vergleichen und auswerten zu können.to Reduction of error sources and reduction of the control and control effort in practice become the various modulation signals from a single clock source and a single phase generator generated. The different phase-shifted modulation signals, which are necessary for the uniqueness of the phase determination must be used one after the other to evaluate the results of both Compare and evaluate measurements.
Nach dem Stand der Technik ist auf dem integrierten Schaltkreis, der einen Phasengenerator zur Erzeugung der phasenverschobenen Signale enthält, auch ein entsprechender Multiplexer angeordnet, der über einen ebenfalls integrierten Ausgangstreiber jeweils eines der unterschiedlichen Lichtmodulationssignale auf einen Leistungsausgang zur Ansteuerung der zu modulierenden Lichtquelle gibt.To The prior art is on the integrated circuit, the includes a phase generator for generating the phase-shifted signals, Also, a corresponding multiplexer arranged over a likewise integrated output driver each one of the different light modulation signals to a power output for controlling the to be modulated Light source gives.
Vor allem in Anbetracht der weiter fortschreitenden Integration elektronischer Bauelemente auf integrierten Schaltkreisen, besteht auch immer die Gefahr eines Übersprechens oder gewisser Rückwirkungen und Wechselwirkungen von verschiedenen Signalen, insbesondere wenn ein Bauelement wie der Ausgangstreiber des Multiplexers auf demselben integrierten Schaltkreis (kurz: IC) angeordnet ist, der ein hinreichend stabiles Signal zur Ansteuerung der zu modulierenden Lichtquelle liefern soll. Grundsätzlich sind derartige Wechselwirkungen, solange sie genau erfasst werden können oder im Betrieb unverändert bestehen, kein nennenswertes Problem, sie können jedoch zu erheblichen Fehlern führen und somit problematisch werden, wenn die Rückwirkungen auf andere Signale des integrierten Schaltkreises zeitlich variieren.In front all in view of the ongoing integration of electronic Components on integrated circuits, there is always the danger a crosstalk or some repercussions and interactions of different signals, especially when a device such as the output driver of the multiplexer integrated on the same Circuit (short: IC) is arranged, which is a sufficiently stable Provide signal for driving the light source to be modulated should. Basically, such interactions are as long as they can be accurately recorded or unchanged during operation not a significant problem, but they can lead to significant errors and thus become problematic if the repercussions on other signals of the integrated Circuit vary in time.
Im vorliegenden Beispiel liefert der Phasengenerator des integrierten Schaltkreises zum einen ein Signal zur Modulation der Auslesespeicherbereich, welches hier der besseren Unterscheidung wegen als Referenzsignal bezeichnet wird. Zum anderen hat ein solcher Phasengenerator mindestens zwei weitere Ausgangssignale, die relativ zur Phase des Referenzsignals eine voneinander unterschiedliche Phasenlage haben. Ein auf dem integrierten Schaltkreis angeordnetes Leistungsbauteil, wie der Ausgangstreiber eines Multiplexers, kann dabei aufgrund der Wechselwirkungen mit den übrigen Bauteilen des integrierten Schaltkreises, insbesondere mit den Ausgängen des Phasengenerators, nicht nur eine leicht von ihren Sollwerten abweichende Phasenverschiebung hervorrufen, sondern er kann insbesondere auch das Referenzsignal abhängig davon, welches der beiden weiteren Modulationssignale auf den Ausgang des Multiplexers geschaltet wird, in unterschiedlicher Weise beeinflussen. Dieser Einfluss kann insbesondere darin bestehen, dass der „duty cycle” bzw. das Tastverhältnis bei der Beaufschlagung der Auslesespeicherbereiche in unterschiedlicher Weise beeinflusst wird. Dies bedeutet, dass während eines Modulationszyklus jeweils ein Auslesespeicherbereich für eine längere Zeit auf einem die Ladungen anziehenden Potential gehalten wird als das andere, welches umgekehrt während jedes Modulationszyklus länger auf einem abstoßenden Potential verbleibt. Auch wenn diese Unterschiede im Tastverhältnis relativ gering sind, so ergibt sich doch an den Auslesespeicherbereichen auch bei konstanter Beleuchtung bzw. auch bei einer relativen Phasenverschiebung von 90° zwischen dem Referenzsignal und dem einfallenden, modulierten Licht eine Differenz der Ladungsmengen an den beiden Auslesespeicherbereichen, da aufgrund des unterschiedlichen Tastverhältnisses tendenziell mehr Ladungen zu dem einen als dem anderen Auslesespeicherbereich verschoben werden.In the present example, the phase generator of the integrated circuit on the one hand provides a signal for modulation of the read-out memory area, which is referred to here for better distinction as a reference signal. On the other hand, such a phase generator has at least two further output signals which have a different phase position relative to the phase of the reference signal. A power component arranged on the integrated circuit, such as the output driver of a multiplexer, may in this case due to the interactions with the other components of the integrated circuit, in particular with The outputs of the phase generator, not only cause a slightly different from their nominal values phase shift, but it can also affect the reference signal in particular depending on which of the other two modulation signals is switched to the output of the multiplexer in different ways. This influence can in particular consist in the fact that the "duty cycle" or the duty cycle is influenced in different ways when the read-out memory areas are acted upon. That is, during one modulation cycle, one read-out memory area is held at a potential attractive to the charges for a longer time than the other, which conversely remains longer at a repulsive potential during each modulation cycle. Even if these differences in the duty cycle are relatively small, but results in the readout memory areas even at constant illumination or even at a relative phase shift of 90 ° between the reference signal and the incident, modulated light, a difference in the amounts of charge at the two read memory areas since due to the different duty cycle, more charges tend to be shifted to one read-out storage area than the other.
Auch dies wäre durch entsprechende Auswertung ohne Weiteres nachträglich korrigierbar, wenn man die modulierte Lichtquelle als einzige Lichtquelle hätte. Dies ist aber nur unter Laborbedingungen, nicht jedoch in den meisten praktischen Anwendungsfällen realisierbar. Vielmehr wird in der Praxis der weitaus größte Teil der Ladungsträger, die in dem Halbleitermaterial durch auftreffende Strahlung bzw. Licht erzeugt werden, durch das Umgebungs- bzw. Hintergrundlicht erzeugt, welches auf die Pixel auftrifft. Dabei kann der Teil der Ladungsträger, die durch das Hintergrundlicht erzeugt werden, ohne Weiteres das 100 bis 1000-fache der durch das intensitätsmodulierte Licht erzeugten Ladungsträger betragen. Demzufolge wird der eigentlichen Messgröße, nämlich der Differenz der Anzahl der elektrischen Ladungsträger, die aufgrund der Phasenlage des intensitätsmodulierten Lichtes relativ zur Phase der Modulation der Auslesespeicherbereiche hervorgerufen wird, eine weitere Differenz überlagert, die allein durch das Hintergrundlicht aufgrund des unterschiedlichen Tastverhältnisses und der Modulation der beiden Auslesespeicherbereiche hervorgerufen wird.Also this would be by appropriate evaluation without further notice subsequently correctable, if one uses the modulated light source as the only source of light. This is only below Laboratory conditions, but not in most practical applications realizable. Rather, in practice by far the largest Part of the charge carriers in the semiconductor material through incident radiation or light are generated by the environment or Generates background light that hits the pixels. there can be the part of the charge carriers, which by the background light be generated, without further 100 to 1000 times that by the intensity-modulated light generated charge carriers be. As a result, the actual measurand, namely the difference between the number of electrical charge carriers, due to the phase position of the intensity-modulated Light relative to the phase of the modulation of the readout memory areas is caused, another difference superimposed, alone by the background light due to the different Duty cycle and the modulation of the two read memory areas is caused.
Wenn nun diese durch das Hintergrundlicht hervorgerufene Differenz der Ladungsmengen an den beiden Auslesespeicherbereichen auch noch davon abhängt, welches der phasenverschobenen Lichtmodulationssignale am Leistungsausgang des betreffenden Multiplexers anliegt, so lässt sich der Einfluss des Hintergrundlichts nicht mehr ohne Weiteres korrigieren und führt unmittelbar zur Verfälschung der Bestimmung der Phase des modulierten Lichtsignals relativ zum Referenzsignal. Damit wird auch die Entfernung des jeweiligen Objektes bzw. Objektpunktes fehlerhaft und ungenau.If now this difference caused by the background light Charge quantities at the two read memory areas even of it depends on which of the phase-shifted light modulation signals is present at the power output of the respective multiplexer, so leaves The influence of the background light is not easy anymore Correct and leads directly to falsification the determination of the phase of the modulated light signal relative to Reference signal. This will also remove the respective object or object point incorrect and inaccurate.
Auch bei anderen Anwendungen können die Wechselwirkungen von auf dem Schaltkreis des Phasengenerators integrierten Bauelementen, insbesondere wenn es sich teilweise um Leistungsbauteile handelt, zu Betriebsstörungen und Einflüssen auf die verschiedenen Modulationssignale bzw. das Referenzsignal führen, die die angestrebte Verwendung dieser Signale nachteilig beeinflussen. Das Beispiel der PMD-Technologie wurde hier nur deshalb als Beispiel gewählt, weil sich bei diesem Verfahren die entsprechenden negativen Einflüsse besonders deutlich bemerkbar machen. Also in other applications, the interactions of on the circuit of the phase generator integrated components, especially if they are partly power components, to malfunctions and influences on the various Modulation signals or the reference signal lead, the to adversely affect the intended use of these signals. The example of the PMD technology was just an example here chosen because in this process the corresponding make negative influences particularly noticeable.
Gegenüber vorstehend erläuterten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung mit den oben genannten Merkmalen zu schaffen, welche sicherstellen, daß das Referenzsignal und die weiteren Modulationssignale völlig unbeeinflußt davon bleiben, welches der Modulationssignale über einen Multiplexer auf ein Schaltungsausgang gelegt wird.Across from The prior art explained above is the present invention Invention, the object of a method and a circuit to create with the above characteristics which ensure that the reference signal and the further modulation signals remain completely unaffected by which of the Modulation signals via a multiplexer to a circuit output is placed.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der den Phasengenerator aufweisende integrierte Schaltkreis eine der Zahl der Signale entsprechende Anzahl von Signalausgängen hat, wobei die zeitliche Verteilung der zeitlich nacheinander aufzuschaltenden Signale und die Verbindung der Signalausgänge mit dem gemeinsamen Schaltungsausgang auf einem Bauteil erfolgt, das außerhalb des den Phasengenerator aufweisenden, integrierten Schaltkreises vorgesehen ist.Regarding of the method, this object is achieved in that the the integrated circuit comprising the phase generator one of Number of signals has corresponding number of signal outputs, the temporal distribution of the temporally successive aufzuschaltenden Signals and the connection of the signal outputs with the common circuit output on a component that is outside of the phase generator having provided, integrated circuit is provided.
Hinsichtlich der oben genannten Schaltung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der den Phasengenerator aufweisende integrierte Schaltkreis eine der Zahl der Signale entsprechende Anzahl von Signalausgängen hat, wobei die Multiplexschaltung und deren Ausgangstreiber für den gemeinsamen Leistungsausgang für die zeitlich nacheinander aufzuschaltenden, phasenverschobenen Signale auf einem Bauteil angeordnet sind, das außerhalb des den Phasengenerator aufweisenden integrierten Schaltkreises vorgesehen ist.Regarding The above circuit is the basis of the invention Problem solved by that of the phase generator having integrated circuit corresponding to the number of signals Number of signal outputs, where the multiplexing circuit and their output driver for the common power output for the time-sequentially aufzuschaltenden, phase-shifted Signals are arranged on a component outside of the phase generator having integrated circuit is provided.
Dadurch, daß der Multiplexer und dessen Ausgangstreiber auf einem anderen Schaltkreis angeordnet sind als der Phasengenerator, findet praktisch keine Rückkopplung und kein Übersprechen von dem Multiplexer und dessen Ausgangstreiber auf den Phasengenerator statt und die unterschiedlichen Signale bleiben in ihrer Phasenlage völlig unbeeinflußt davon, welches der konkreten Signale über den Multiplexer auf den Schaltungsausgang gelegt wird, der wiederum den Sender bzw. die Lichtquelle moduliert.The fact that the multiplexer and its output driver are arranged on a different circuit than the phase generator, takes place virtually no feedback and no crosstalk from the multiplexer and its output driver to the phase generator and the different signals remain completely unaffected in their phase position, which of the concrete Signals over the Multiplexer is placed on the circuit output, which in turn modulates the transmitter or the light source.
Zweckmäßigerweise weist jeder der Ausgänge des den Phasengenerator aufweisenden, integrierten Schaltkreises einen eigenen Ausgangstreiber auf, der jeweils mit einem Eingang des Multiplexers verbunden ist. Obwohl diese Ausgangstreiber keine Leistungsbauelemente sein müssen, ist ein Einfluss und eine Wechselwirkung dieser Ausgangstreiber mit den übrigen Bauteilen und somit auch ein Einfluss dieser Ausgangstreiber auf das Referenzsignal nicht vollständig auszuschließen. Dieser Einfluss bleibt jedoch zeitlich konstant, und zwar unabhängig davon, welches der den integrierten Schaltkreis verlassenden Signale außerhalb dieses Schaltkreises durch den folgenden Multiplexer und auf dessen Signalausgang geschaltet wird. Ein solcher, zeitlich konstanter Einfluss auf das Referenzsignal lässt sich durch entsprechende Eichmessungen ohne Weiteres korrigieren.Conveniently, has each of the outputs of the phase generator having integrated circuit has its own output driver, the each connected to an input of the multiplexer. Even though these output drivers do not need to be power devices, is an influence and an interaction of these output drivers with the other components and thus also an influence of this Output driver to the reference signal is not complete excluded. However, this influence remains temporal constant, regardless of which one of the integrated Circuit leaving signals outside this circuit switched by the following multiplexer and its signal output becomes. Such, temporally constant influence on the reference signal can be easily determined by appropriate calibration measurements correct.
In einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Betrieb alle Signale zeitgleich an den Ausgängen des Phasengenerators bereitgestellt werden. Dadurch vermeidet man jegliche Änderung im Betriebszustand des betreffenden IC, wenn durch einen außerhalb des IC liegenden Multiplexer jeweils ein anderes der Signale auf den gemeinsamen Schaltungsausgang geschaltet wird.In a variant of the method is provided that in operation all Signals at the same time at the outputs of the phase generator to be provided. This avoids any change in the Operating state of the IC concerned, if by an outside Each of the multiplexers located on the IC has a different one of the signals the common circuit output is switched.
In einer Ausführungsform ist jeder der Signalausgänge des Phasengenerators mit je einem auf demselben integrierten Schaltkreis angeordneten und individuell zugeordneten Ausgangstreiber verbunden ist. Dies sorgt für eine noch bessere Entkopplung der einzelnen von den Eingängen des Multiplexers bzw. dessen Ausgangstreiber.In In one embodiment, each of the signal outputs of the phase generator with one on the same integrated circuit arranged and individually assigned output driver connected is. This ensures even better decoupling of the individual from the inputs of the multiplexer or its output driver.
Weiterhin können die Ausgangstreiber mit einer entsprechenden Anzahl von Eingängen der Multiplexschaltung (dauerhaft) verbunden sein. Man vermeidet so zeitlich variierende Bedingungen auf bzw. in dem den Phasengenerator enthaltenden integrierten Schaltkreis.Farther can output drivers with a corresponding number of inputs of the multiplex circuit (permanently) connected be. One thus avoids time varying conditions on or in the integrated circuit containing the phase generator.
In einer bevorzugten Variante weist der Phasengenerator insgesamt mindestens vier Ausgänge für mindestens vier Ausgangssignale unterschiedlicher Phase auf. Dabei kann einer der Ausgänge gleichzeitig als Ausgang für das Referenzsignal dienen. Für das Referenzsignal kann jedoch auch ein eigener zusätzlicher Signalausgang vorgesehen sein, auch wenn die Phase eines der anderen Ausgangssignale mit der Phase des Referenzsignals übereinstimmt. Entsprechendes gilt bei einer beliebigen sonstigen Anzahl von Ausgangssignalen.In In a preferred variant, the phase generator has at least in total four outputs for at least four output signals different phase up. One of the outputs can be simultaneously serve as an output for the reference signal. For However, the reference signal can also have its own additional Signal output be provided, even if the phase of one of the other Output signals coincides with the phase of the reference signal. The same applies to any other number of output signals.
Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Schaltung nicht nur auf den Fall der PMD-Messungen beschränkt sind, sondern vielmehr überall dort anwendbar sind, wo mehrere kohärente, d. h. phasenstarr gekoppelte Signale benötigt werden, die bei Anlegen irgendeiner Last am Signalausgang irgendeine Änderung erfahren oder andere, gleichzeitig von demselben Phasengenerator erzeugte Signale beeinflussen könnten.It it is understood that the inventive method and the corresponding circuit not just on the case of PMD measurements are restricted, but rather everywhere are applicable where multiple coherent, d. H. phase-locked coupled signals are needed when applying any load experience any change at the signal output or other, affect simultaneously generated by the same phase generator signals could.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:Further Advantages, features and applications of the present Invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and the associated Characters. Show it:
Man
erkennt in
Im Falle einer PMD-Messung werden die Auslesespeicherbereiche eines PMD-Pixels im Gegentakt mit dem Signal A beaufschlagt, beispielsweise kann man sich das Signal A als eine Modulationsspannung zwischen zwei Anschlüssen vorstellen, von denen einer mit dem einen Auslesespeicherbereich und der andere mit dem anderen Auslesespeicherbereich verbunden ist. Das Potential an beiden Auslesespeicherbereichen folgt dann exakt dem Verlauf des Signals A, jedoch bei einem der Auslesespeicherbereich um 180° verschoben gegenüber dem anderen Auslesespeicherbereich. Allerdings kann auch eine leichte Verschiebung des Tastverhältnisses zwischen den beiden Auslesespeicherbereichen nicht ausgeschlossen werden.In the case of a PMD measurement, the readout memory areas of a PMD pixel are in push-pull applied to the signal A, for example, one can imagine the signal A as a modulation voltage between two terminals, one with the one readout memory area and the other with the other readout memory area connected is. The potential at both read memory areas then follows exactly the course of the signal A, but in one of the readout memory area shifted by 180 ° relative to the other read-out memory area. However, even a slight shift of the duty cycle between the two read memory areas can not be excluded.
Dann wird beispielsweise eine Szene mit einem Laser, z. B. einer Laserdiode, beleuchtet, und das reflektierte Licht wird von dem PMD-Pixel empfangen. Solange die Beleuchtung nicht moduliert ist, ergibt die Integration der Ladungen an beiden Auslesespeicherbereichen im Allgemeinen genau die gleichen Ladungsmengen, so daß die Differenz der an beiden Auslesespeicherbereichen erzeugten Ladungen 0 ist. Im Falle eines unterschiedlichen Tastverhältnisses stellt sich eine konstante Differenz ein, die man von späteren Messergebnissen subtrahieren könnte.Then For example, a scene with a laser, z. B. a laser diode, illuminated, and the reflected light is received by the PMD pixel. As long as the lighting is not modulated, the integration results The charges at both readout storage areas are generally accurate the same charge quantities, so that the difference in the two Readout memory areas generated charges is 0. in case of a different duty cycle is a constant Difference, which could be subtracted from later measurement results.
Wird dann jedoch die Beleuchtungsintensität moduliert mit einer zur Modulation der Auslesespeicherebereiche kohärenten Frequenz, so ergeben sich je nach relativer Phasenlage des modulierten, an den PMD-Pixeln eintreffenden Lichtes unterschiedliche Ladungsmengen an den beiden Auslesespeicherbereichen. Diese Differenz kann in eine Phasenlage umgerechnet werden und aus der relativen Phase der Beleuchtung zu der Referenzphase kann wiederum auf die Laufzeit des modulierten Lichtes von der Lichtquelle zum Objekt und zurück zu dem PMD-Pixel errechnet werden.Becomes but then the illumination intensity modulates with a coherent to modulating the read-only memory areas Frequency, this results depending on the relative phase position of the modulated, At the PMD pixels incoming light different amounts of charge at the two read memory areas. This difference can be in be converted into a phase position and from the relative phase of Lighting to the reference phase can turn on the life of the modulated light from the light source to the object and back to be calculated to the PMD pixel.
Für die Eindeutigkeit der Phasenlage sind zwei verschiedene Messungen bei unterschiedlichen relativen Phasenlagen erforderlich, so daß die Messung unmittelbar, nachdem eine Modulation in der Beleuchtung mit dem Signal B0 erfolgte, nunmehr unter Modulation mit dem Signal B1 erfolgt. Um die Genauigkeit bei der Bestimmung der Phasenlage weiter zu steigern, können zusätzlich auch noch Messungen mit den Modulationssignalen B2 und B3 durchgeführt werden. Die Erfassung eines Objektpunktes bzw. dessen Entfernung von dem PMD-Pixel erfolgt also durch vier unmittelbar aufeinanderfolgende Belichtungen mit moduliertem Licht in jeweils unterschiedlicher Phasenlage relativ zur Referenzphase.For the uniqueness of the phase position are two different measurements required at different relative phase angles, so that the Measurement immediately after a modulation in the lighting with the signal B0, now under modulation with the signal B1 takes place. To further accuracy in determining the phase position In addition, even more measurements can be made be performed with the modulation signals B2 and B3. The detection of an object point or its removal from the PMD pixel thus takes place by four immediately consecutive Exposures with modulated light in each case different Phasing relative to the reference phase.
Allerdings
kann es geschehen, da die Ausgänge des Phasengenerators
direkt mit den Eingängen des Multiplexers verbunden sind,
der wiederum einen Ausgangstreiber aufweist, daß das Referenzsignal
A ebenso wie die relative Phasenlage und das Tastverhältnis
eines Signals bezüglich der Referenzphase A auch durch
die übrigen, in unmittelbarer Nähe anliegenden
weiteren Referenzsignale B0 bis B3 bzw. den zugehörigen
Ausgangstreiber beeinflusst wird. Damit hat das Signal A oder B
nicht exakt den in
In
Damit
kann idealerweise genau der Belichtungszustand gemäß
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.For Purpose of the original disclosure is pointed out that all features, as they result from the present Description, the drawings and the dependent claims for a specialist, even if they specifically described only in connection with certain other features were, both individually and in any compilations can be combined with other features or feature groups disclosed herein unless expressly excluded or technical conditions such combinations impossible or make pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable feature combinations and the emphasis on independence the individual characteristics of each other will be here only for brevity and omitted for the sake of readability of the description.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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