DE102019131460B3 - Delay control for time-of-flight measuring devices - Google Patents

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    • H03K2005/0015Layout of the delay element
    • H03K2005/00156Layout of the delay element using opamps, comparators, voltage multipliers or other analog building blocks

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses (SORX) einer lichtempfindlichen Sensorvorrichtung. Die Vorrichtung umfasst erste Mittel (LSL, LD, PLD, LTX) zur flankenbehafteten Lichtsignalerzeugung zu einem ersten Zeitpunkt und eines Shutter-Steuersignal (SO) zu einem zweiten Zeitpunkt, zweite Mittel (LFR) zur Flankenerkennung mit Erzeugung eines Stop-Signals (STP) zu einem dritten Zeitpunkt, eine hochauflösende Zeitbasis (DLL), die mit einem Referenztakt (RCLK) betrieben wird, eine Zeit-Messvorrichtung (TM) und eine Verzögerungsregelung (DC) zur Erzeugung eines Startsignals (STR) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung. Die hochauflösende Zeitbasis (DLL) weist einen Verzögerungsleitungsausgangsbus (DLO) auf, wobei die Signalverläufe der Leitungen (DLO[1] bis DLO[n]) des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) den Referenztakt (RCLK) mit unterschiedlichen Verzögerungen zueinander darstellen. Die Zeit-Messvorrichtung (TM) erfasst in Abhängigkeit von dem Start-Signal (STR) und dem Stop-Signal (STP) den logischen Inhalt des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) erfasst und erzeugt daraus einen Speicherregisterausgangswert (SRV), der von der zeitlichen Verzögerung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt abhängt. Die Verzögerungsregelung (DC) erzeugt aus dem Shutter-Steuersignal (SO) in Abhängigkeit von dem Speicherregisterausgangswert (SRV) mit einer regelbaren Verzögerung das Startsignal (STR), so dass der Zeitversatz zu Null geregelt wird. Das Shutter-Steuersignal (SOD) ist von dem Startsignal (STR) abhängig.The invention relates to a device for generating a shutter control signal (SOD) for actuating an electronic shutter (SORX) of a light-sensitive sensor device. The device comprises first means (LSL, LD, PLD, LTX) for edge-affected light signal generation at a first point in time and a shutter control signal (SO) at a second point in time, second means (LFR) for edge detection with generation of a stop signal (STP) at a third point in time, a high-resolution time base (DLL) operated with a reference clock (RCLK), a time measuring device (TM) and a delay control (DC) for generating a start signal (STR) from the shutter control signal (SO) with an adjustable delay. The high-resolution time base (DLL) has a delay line output bus (DLO), the signal profiles of the lines (DLO [1] to DLO [n]) of the delay line output bus (DLO) representing the reference clock (RCLK) with different delays to one another. The time measuring device (TM) detects the logical content of the delay line output bus (DLO) as a function of the start signal (STR) and the stop signal (STP) and uses it to generate a memory register output value (SRV) that depends on the time delay between depends on the first point in time and the third point in time. The delay control (DC) generates the start signal (STR) from the shutter control signal (SO) as a function of the memory register output value (SRV) with a controllable delay, so that the time offset is controlled to zero. The shutter control signal (SOD) is dependent on the start signal (STR).

Description

OberbegriffGeneric term

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses einer lichtempfindlichen Mess- oder Sensorvorrichtung.The invention is directed to an apparatus and a method for generating a delayed shutter control signal ( SOD ) for actuating an electronic lock of a light-sensitive measuring or sensor device.

Allgemeine Einleitung und Stand der TechnikGeneral introduction and state of the art

Kameras basierend auf dem Time-of-Flight Prinzip messen indirekt die Laufzeit zwischen dem ausgesendeten Lichtpuls und dem empfangenen Lichtsignal (siehe auch 1).Cameras based on the time-of-flight principle indirectly measure the transit time between the transmitted light pulse and the received light signal (see also 1 ).

Ein Leuchtmittel, beispielsweise eine LED oder ein Laser, sendet einen Lichtpuls (LP) aus. Der Lichtpuls (LP) hat eine zeitliche Lichtpuls-Dauer (Ttrig ).A light source, for example an LED or a laser, sends a light pulse ( LP ) out. The light pulse ( LP ) has a temporal light pulse duration ( T trig ).

Der Lichtpuls (LP) wird an einem Objekt reflektiert und kehrt als reflektierter Lichtpuls (RP) zurück.The light pulse ( LP ) is reflected on an object and returns as a reflected light pulse ( RP ) back.

Durch die Laufzeit und ggf. auch durch die Oberflächeneigenschaften des Objekts ist der reflektierte Lichtpuls (RP) gegenüber dem Lichtpuls (LP) um eine Verzögerungszeit (Td ) verzögert und damit phasenverschoben.The reflected light pulse ( RP ) compared to the light pulse ( LP ) by a delay time ( T d ) delayed and thus out of phase.

Der reflektierte Lichtpuls (RP) wird in einem Fotodetektor empfangen.The reflected light pulse ( RP ) is received in a photo detector.

Der Fotodetektor kann mittels eines ersten Shutter-Signals (SS1), das einen ersten elektronischen Verschluss des Fotodetektors steuert, lichtempfindlich und lichtunempfindlich geschaltet werden. Ist der Fotodetektor durch das erste Shutter-Signal (SS1) lichtempfindlich geschaltet, so sammelt er die durch den Empfang und Elektron-Loch-Paar-Erzeugung erzeugten Ladungsträger als eine erste Ladungsmenge (Q1).The photodetector can be activated by means of a first shutter signal ( SS1 ), which controls a first electronic shutter of the photodetector, can be switched to be light-sensitive and light-insensitive. Is the photodetector activated by the first shutter signal ( SS1 ) is switched to be light-sensitive, it collects the charge carriers generated by the reception and generation of the electron-hole pair as a first amount of charge ( Q1 ).

Der Fotodetektor kann mittels eines zweiten Shutter-Signals (SS2), das einen zweiten elektronischen Verschluss des Fotodetektors steuert, lichtempfindlich und lichtunempfindlich geschaltet werden. Ist der Fotodetektor durch das zweite Shutter-Signal (SS2) lichtempfindlich geschaltet, so sammelt er die durch den Empfang und Elektron-Loch-Paar-Erzeugung erzeugten Ladungsträger als eine zweite Ladungsmenge (Q2) zeitlich und/oder räumlich separat von der ersten Ladungsmenge (Q1).The photodetector can be activated by means of a second shutter signal ( SS2 ), which controls a second electronic shutter of the photodetector, can be switched to be light-sensitive and light-insensitive. Is the photodetector activated by the second shutter signal ( SS2 ) is switched to be light-sensitive, it collects the charge carriers generated by the reception and generation of the electron-hole pair as a second amount of charge ( Q2 ) temporally and / or spatially separate from the first charge quantity ( Q1 ).

Zeitgleich mit dem Lichtpuls (LP) (LED-Puls, oder wie in 1 gezeigt, Laser-Puls) wird somit dieser erste elektronische Verschluss (Englisch: Shutter) mittels des besagten ersten Shutter-Signals (SS1) für die zeitliche Dauer entsprechend der zeitlichen Lichtpuls-Dauer (Ttrig ) geöffnet und die erste Ladungsmenge (Q1) in einer lichtempfindlichen Schaltung des Fotodetektors generiert und gespeichert. Mit dem zeitlichen Ende des Lichtpulses (LP) nach dem Ablauf der Lichtpuls-Dauer (Ttrig ) schließt das besagte erste Shutter-Signal (SS1) auch synchron den ersten elektronischen Verschluss des Fotodetektors für die erste Ladungsmenge (Q1) und der zweite elektronische Verschluss des Fotodetektors für die zweite Ladungsmenge (Q2) wird mittels des zweiten Shutter-Signals (SS2) für die zeitliche Dauer der Lichtpuls-Dauer (Ttrig ) geöffnet und nach Ablauf der besagten Lichtpuls-Dauer (Ttrig ) wieder geschlossen.Simultaneously with the light pulse ( LP ) (LED pulse, or as in 1 shown, laser pulse) is this first electronic shutter (English: Shutter) by means of the said first shutter signal ( SS1 ) for the duration corresponding to the temporal light pulse duration ( T trig ) opened and the first charge ( Q1 ) generated and stored in a light-sensitive circuit of the photodetector. With the end of the light pulse ( LP ) after the expiry of the light pulse duration ( T trig ) closes said first shutter signal ( SS1 ) also synchronously the first electronic shutter of the photodetector for the first amount of charge ( Q1 ) and the second electronic shutter of the photodetector for the second amount of charge ( Q2 ) is activated by means of the second shutter signal ( SS2 ) for the duration of the light pulse duration ( T trig ) opened and after the said light pulse duration ( T trig ) closed again.

Aus der ersten Ladungsmenge (Q1) und der zweiten Ladungsmenge (Q2) kann nach der unten angegebenen Formel die Laufzeit und damit die Entfernung d mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeit c berechnet werden. d = c 2 T t r i g Q 2 Q 1 + Q 2

Figure DE102019131460B3_0001
Neben dem in 1 dargestellten Zeitschema sind weitere, im Prinzip ähnliche, Zeitschemata möglich, die hier nicht beansprucht werden.From the first amount of charge ( Q1 ) and the second amount of charge ( Q2 ) the travel time and thus the distance d can be calculated using the speed of light c using the formula given below. d = c 2 T t r i G Q 2 Q 1 + Q 2
Figure DE102019131460B3_0001
In addition to the in 1 The time scheme shown, further, in principle similar, time schemes are possible, which are not claimed here.

Die Messung der Entfernung basiert auf der zeitsynchronen Öffnung des ersten elektronischen Verschlusses zur Erfassung der ersten Ladungsmenge (Q1) und des zweiten elektronischen Verschlusses zur Erfassung der zweiten Ladungsmenge (Q2) und der Aussendung des Lichtpulses (LP). Verzögert sich das erste Shutter-Signal (SS1) und/oder das zweite Shutter-Signal (SS2) und/oder die reale Aussendung des Lichtpulses (LP), so ist die Messung der Entfernung um die Verzögerungszeit falsch. Hierbei entspricht eine Verzögerungszeit von 1 ns Verzögerung einem sich ergebenden Entfernungsfehler von ca. 15 cm.The measurement of the distance is based on the time-synchronized opening of the first electronic shutter to detect the first amount of charge ( Q1 ) and the second electronic shutter to detect the second amount of charge ( Q2 ) and the emission of the light pulse ( LP ). If the first shutter signal is delayed ( SS1 ) and / or the second shutter signal ( SS2 ) and / or the real transmission of the Light pulse ( LP ), the measurement of the distance by the delay time is wrong. A delay time of 1 ns delay corresponds to a resulting distance error of approx. 15 cm.

Aus dem Stand der Technik gehen die beiden Druckschriften DE 10 2017 106 071 B3 und US 9,584,105 B1 hervor. Aus der DE 10 2017 106 071 B3 ist ein Verfahren zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Lichtlaufzeitmessung bekannt. In diesem beschriebenen Verfahren wird die Verzögerung zwischen einem Lichtpuls und einem Shutter-an-Signal gemessen. Diese Verzögerung wird über eine Slave-Verzögerungskette gemessen oder nachgeregelt.The two publications are based on the prior art DE 10 2017 106 071 B3 and US 9,584,105 B1 emerged. From the DE 10 2017 106 071 B3 a method for improving methods and devices for time-of-flight measurement is known. In this described method, the delay between a light pulse and a shutter-on signal is measured. This delay is measured or readjusted via a slave delay chain.

Die US 9,584,105 B1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Zeitgeber, einem Flankenkombinierer und einer Maskierungsschaltung. Der Zeitgeber umfasst eine Fein- und Grobverzögerungsschaltung, die aus einem Referenzzeitsteuerungssignal ein feinverzögertes Signal der ansteigenden und abfallenden Flanke erzeugt. Ein Kombinierer erzeugt aus diesen feinverzögerten Signalen ein Zeitsteuerungssignal. Durch eine Maskierungsschaltung werden Maskierungssignale für die ansteigende und abfallende Flanke zur Steuerung der Erzeugung der ansteigenden und abfallenden Flanke des Zeitsteuerungssignals erzeugt.The US 9,584,105 B1 describes an apparatus having a timer, an edge combiner and a masking circuit. The timer comprises a fine and coarse delay circuit which generates a finely delayed signal of the rising and falling edge from a reference timing signal. A combiner generates a timing signal from these finely delayed signals. A masking circuit generates masking signals for the rising and falling edges to control the generation of the rising and falling edges of the timing signal.

Aufgabetask

Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, welche die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist. Es ist somit die Aufgabe zu lösen, ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung anzugeben, bei der die Verzögerungszeiten der verschiedenen Stufen sich nicht auswirken.The proposal is therefore based on the object of creating a solution which does not have the above disadvantages of the prior art and has further advantages. The object to be achieved is therefore to specify a method and / or a device in which the delay times of the various stages have no effect.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 2 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 2.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die im Folgenden dargestellte Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Regelung und Konstanthaltung der Verzögerungszeit zwischen dem Lichtpuls (LP) und den elektronischen Verschlüssen.The invention presented below describes a method for regulating and keeping constant the delay time between the light pulse ( LP ) and the electronic locks.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Figuren erläutert.The invention is explained by way of example with reference to the figures.

Figur 2Figure 2

2 zeigt die Prinzipschaltung der Takterzeugung einer Time-of-Flight-Kamera. 2 shows the basic circuit of the clock generation of a time-of-flight camera.

In dem Beispiel der 2 wird das Problem anhand nur eines elektronischen Verschlusses (SORX) beschrieben. Für mehrere elektronische Verschlüsse lässt sich das Problem analog lösen.In the example of the 2 solves the problem with just one electronic shutter ( SORX ) described. The problem can be solved in the same way for several electronic locks.

Eine zentrale Laser/Shutter-Steuer-Logik (LSL) erzeugt ein Lichtpulssteuersignal (LO) für die Erzeugung eines Lichtpulses (LP) und das Shutter-Steuersignal (SO) für die Steuerung des elektronischen Verschlusses (SORX). Am Ausgang der zentralen Laser/Shutter-Steuer-Logik (LSL) sind das Lichtpulssteuersignal (LO) und das Shutter-Steuersignal (SO) im Allgemeinen noch synchron, da die zentrale Laser/Shutter-Steuer-Logik (LSL) das Lichtpulssteuersignal (LO) und das Shutter-Steuersignal (SO) typischerweise mittels eines zentralen Takts (ZCLK) erzeugt.A central laser / shutter control logic ( LSL ) generates a light pulse control signal ( LO ) for the generation of a light pulse ( LP ) and the shutter control signal ( SO ) for controlling the electronic shutter ( SORX ). At the output of the central laser / shutter control logic ( LSL ) are the light pulse control signal ( LO ) and the shutter control signal ( SO ) generally still synchronous, as the central laser / shutter control logic ( LSL ) the light pulse control signal ( LO ) and the shutter control signal ( SO ) typically by means of a central clock ( ZCLK ) generated.

Typischerweise werden wesentliche Teile der Vorrichtung der 2 in einem integrierten Schaltkreis (IC) zusammen realisiert.Typically, essential parts of the device are the 2 in an integrated circuit ( IC ) realized together.

Der besagte integrierte Schaltkreis (IC) umfasst typischerweise einen Treiber (SD) für den elektronischen Verschluss (SORX) und einen Treiber (LD) für einen Leistungstreiber (PLD) eines Leuchtmittels (LTX) zur Aussendung des Lichtpulses (LP). Extern von der integrierten Schaltung wird typischerweise ein Leistungstreiber (PLD) beispielsweise für einen Laser (oder eine LED) vorgesehen, da der Strom für den Laser und/oder die LED - also das Leuchtmittel (LTX) - im Allgemeinen bei einigen Ampere oder einigen 10 Ampere liegt, und damit auf einer integrierten Schaltung nicht mehr sinnvoll zu handhaben ist. In 2 sind die Systemgrenzen der integrierten Schaltung (IC) beispielhaft eingezeichnet.The said integrated circuit ( IC ) typically includes a driver ( SD ) for the electronic shutter ( SORX ) and a driver ( LD ) for a power driver ( PLD ) of a lamp ( LTX ) to emit the light pulse ( LP ). A power driver ( PLD ) intended for a laser (or an LED), for example, since the electricity for the laser and / or the LED - i.e. the light source ( LTX ) - is generally a few amps or a few tens of amps, and is therefore no longer useful on an integrated circuit. In 2 are the system boundaries of the integrated circuit ( IC ) drawn in as an example.

Sowohl die internen Treiber (LD, SD) wie auch der externe Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX) führen zu unerwünschten zeitlichen Verzögerungen (Tlod , Tsod , Tltx ), die im Folgenden näher betrachtet werden und die die Entfernungsmessung verfälschen. Insbesondere haben diese zeitlichen Verzögerungen (Tlod , Tsod , Tltx ) einen starken Temperaturgang und führen dazu, dass sich das Distanzbild mit der Temperatur verschiebt.Both the internal drivers ( LD , SD ) as well as the external performance driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) lead to undesirable delays ( T lod , T sod , T ltx ), which are examined in more detail below and which falsify the distance measurement. In particular, these time delays ( T lod , T sod , T ltx ) a strong temperature drift and lead to the fact that the distance image shifts with the temperature.

Figur 3Figure 3

Im Wesentlichen treten folgende zeitliche Verzögerungen in einer Vorrichtung entsprechend dem Signalbild der 3 und der folgenden Tabelle auf: Bezugszeichen Bedeutung Tlod Die zeitliche Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Lichtpulssteuersignals (LO) und der ansteigenden Flanke des verzögerten Lichtpulssteuersignals (LOD); Tltx Die zeitliche Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Lichtpulssteuersignals (LO) und der ansteigenden Flanke der Intensität des Lichtpulses (LP); Tsod Die zeitliche Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Shutter-Steuersignals (SO) und der ansteigenden Flanke des verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD); Essentially, the following time delays occur in a device according to the signal pattern of FIG 3 and the following table: Reference number meaning T lod The time delay between the rising edge of the light pulse control signal ( LO ) and the rising edge of the delayed light pulse control signal (LOD); T ltx The time delay between the rising edge of the light pulse control signal ( LO ) and the rising edge of the intensity of the light pulse (LP); T sod The time delay between the rising edge of the shutter control signal ( SO ) and the rising edge of the delayed shutter control signal (SOD);

Die resultierende zeitliche effektive Verzögerung (Te ) zwischen der ansteigenden Flanke des Lichtpulses (LP) und der ansteigenden Flanke des verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) auf nahezu 0 s zu regeln, und den Temperaturgang zu minimieren, ist Gegenstand dieser Offenlegung.The resulting effective time delay ( T e ) between the rising edge of the light pulse ( LP ) and the rising edge of the delayed shutter control signal ( SOD ) to control to almost 0 s, and to minimize the temperature drift, is the subject of this disclosure.

Figur 4Figure 4

Die Regelschaltung der vorgeschlagenen Lösung wird in 4 vereinfacht schematisch und beispielhaft dargestellt. Die Regelschaltung der 4 hat vier Hauptkomponenten:

  1. 1. eine hochauflösende Zeitbasis (DLL),
  2. 2. eine Zeitmessung (TM),
  3. 3. eine Lichtpulsflankenerkennung (LFR),
  4. 4. eine Verzögerungsregelung (DC).
The control circuit of the proposed solution is shown in 4th simplified schematically and exemplarily shown. The control circuit of the 4th has four main components:
  1. 1. a high-resolution time base ( DLL ),
  2. 2. a timing ( TM ),
  3. 3. a light pulse edge detection ( LFR ),
  4. 4. a delay rule ( DC ).

Die hochauflösende Zeitbasis (DLL)The high-resolution time base (DLL)

Als Zeitbasis (DLL) dient eine Delay-Locked-Loop (DLL) mit hoher Auflösung. Die zu messenden Zeiten liegen in der Größenordnung von ca. 20 ns. Die erforderliche Auflösung liegt im Bereich von ca. 50 ps. As a time base ( DLL ) is a delay locked loop ( DLL ) with high resolution. The times to be measured are in the order of magnitude of approx. 20 ns. The required resolution is in the range of approx. 50 ps.

Die Zeitbasis (DLL) besteht aus einem Phasen-Detektor (PD), einer Ladungspumpe (CP) (Englisch: Charge-Pump), einem Schleifen-Filter (LF), einem Regler/Buffer (BDLL) zur Pufferung des Schleifenfiltersignals und einer Verzögerungsleitung (DL).The time base ( DLL ) consists of a phase detector ( PD ), a charge pump ( CP ) (English: Charge-Pump), a loop filter ( LF ), a controller / buffer ( BDLL ) for buffering the loop filter signal and a delay line ( DL ).

Der Regler/Buffer (BDLL) steuert mit Hilfe eines DLL-Steuersignals (DLCL) in Abhängigkeit von einem Schleifenfilterausgangssignal (LFO) des Schleifen-Filters (LF) die Verzögerung innerhalb der Verzögerungsleitung (DL). Die Verzögerungsleitung (DL) ist dabei typischerweise aus einzelnen Verzögerungsgliedern zusammengesetzt, deren jeweilige Verzögerung von dem DLL-Steuersignal (DLCL) abhängt, das von dem Regler/Buffer (BDLL) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasendetektors (PD) erzeugt wird. Typischerweise stellt das DLL-Steuersignal (DLCL) eine Spannung bereit, von der die Verzögerung in der Verzögerungsleitung (DL) insgesamt somit dann abhängt. Der Ausgang der Verzögerungsleitung (DL) ist der verzögerte Takt (DCLK) der an den Phasendetektor (PD) zum Vergleich mit dem Referenztakt (RCLK) geht.The controller / buffer ( BDLL ) controls with the help of a DLL control signal ( DLCL ) depending on a loop filter output signal ( LFO ) of the loop filter ( LF ) the delay within the delay line ( DL ). The delay line ( DL ) is typically composed of individual delay elements, the respective delay of which is determined by the DLL control signal ( DLCL ) depends on the controller / buffer ( BDLL ) depending on the output signal of the phase detector ( PD ) is produced. Typically the DLL control signal ( DLCL ) a voltage ready from which the delay in the delay line ( DL ) overall then depends. The output of the delay line ( DL ) is the delayed clock ( DCLK ) to the phase detector ( PD ) for comparison with the reference clock ( RCLK ) goes.

Schaltungskonzepte für Delay-Locked-Loops mit Sub-Gate-Delay Auflösungen sind in der Literatur umfangreich beschrieben worden (z.B. Stefan Henzler, Time-to-Digital Converters, Springer-Verlag). Weiterhin benötigt eine Delay-Locked-Loop noch Detektionsschaltungen zur Erkennung des sogenannten „false-lockings“, die hier nicht dargestellt wurden. Nimmt man z.B. einen Referenztakt (RCLK) von 40 MHz an und will eine Auflösung von z.B. 50 ps erreichen, so wären damit 500 Ausgänge der Kette der Verzögerungsglieder in der Verzögerungsleitung (DL) erforderlich, die der Multiplexer selektieren muss.Circuit concepts for delay-locked loops with sub-gate delay resolutions have been extensively described in the literature (e.g. Stefan Henzler, Time-to-Digital Converters, Springer-Verlag). Furthermore, a delay-locked loop still requires detection circuits for recognizing the so-called “false locking”, which are not shown here. For example, if you take a reference clock ( RCLK ) from 40 MHz and if you want to achieve a resolution of 50 ps, for example, then there would be 500 outputs of the chain of delay elements in the delay line ( DL ) that the multiplexer must select.

Eine Realisierungsmöglichkeit zur Erreichung einer Sub-Gate-Delay Auflösung dieses Selektionsprozesses ist die sogenannte „passive Interpolation“ (nicht Gegenstand der Erfindung).One implementation possibility for achieving a sub-gate delay resolution of this selection process is the so-called “passive interpolation” (not the subject of the invention).

Ein Schaltungsbeispiel zur „passive Interpolation“ zeigt 5 (siehe auch die erwähnte Literatur).A circuit example for "passive interpolation" is shown 5 (see also the literature mentioned).

Durch die einzelnen Widerstandsabgriffe (hier beispielhaft 5) ist es möglich, eine sehr viel feinere Zeit-Auflösung zu erzielen, als es durch die Laufzeit der Delay-Zelle allein möglich wäre.The individual resistance taps (here 5 as an example) make it possible to achieve a much finer time resolution than would be possible through the running time of the delay cell alone.

Zeitmessung (TM)Timekeeping (TM)

Die Zeitmessung im Block Zeitmessung (TM) erfolgt durch ein Speicherregister (SR) mit einer Start-Stop Funktion über ein Start-Signal (STR) und ein Stop-Signal (STP).The time measurement in the time measurement block ( TM ) is done by a memory register ( SR ) with a start-stop function via a start signal ( STR ) and a stop signal ( STP ).

Das Shutter-Steuersignal (SO) startet die Zeitmessung, sobald der Lichtpuls (LP) durch das Leuchtmittel (LTX) ausgesendet wird. Durch das Stop-Signal (STP) wird die Zeitmessung im Block Zeitmessung (TM) beendet. Das Ausgangssignal des Speicherregisters (SR) ist eine Art Thermometer-Code und die Summe der logisch-„1“ Signale ist ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen der Flanke des Start-Signals (STR) und dem Eintreffen der Flanke des Stop-Signals (STP). Statt einer Flankensteuerung ist auch eine Pegelsteuerung an dieser Stelle möglich, die aber weniger gut ist.The shutter control signal ( SO ) the time measurement starts as soon as the light pulse ( LP ) through the lamp ( LTX ) is sent out. The stop signal ( STP ) the time measurement in the block time measurement ( TM ) completed. The output of the storage register ( SR ) is a kind of thermometer code and the sum of the logical "1" signals is a measure of the time difference between the arrival of the edge of the start signal ( STR ) and the arrival of the edge of the stop signal ( STP ). Instead of edge control, level control is also possible at this point, but this is less good.

Mit dem Eintreffen des Stop-Signals (STP) übernimmt das Speicherregister (SR) den Vektor binärer Zahlen von der Verzögerungsleitung (DL). Dabei bildet jeder Ausgang eines Verzögerungsgliedes der Verzögerungsleitung (DL) eine Leitung eines Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), der hier in dem Beispiel der 4 n Leitungen [1 bis n] (OT1 bis OTn) umfasst. Die logischen Inhalte des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) stellen typischerweise unterschiedliche Verzögerungen des Referenztaktes (RCLK) oder eines vom Referenztakt (RCLK) abhängigen Signals dar. Der logische Inhalt dieses Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) stellt im Übrigen den Vektor dar, der durch das Speicherregister (SR) übernommen wird.With the arrival of the stop signal ( STP ) takes over the memory register ( SR ) the vector of binary numbers from the delay line ( DL ). Each output of a delay element of the delay line ( DL ) one line of a delay line output bus ( DLO ), which here in the example of 4 n Lines [1 to n] ( OT1 to OTn ) includes. The logical contents of the delay line output bus ( DLO ) typically represent different delays of the reference clock ( RCLK ) or one of the reference clock ( RCLK ) dependent signal. The logical content of this delay line output bus ( DLO ) also represents the vector that is defined by the storage register ( SR ) is accepted.

Ein Beispiel für das Speicherregister (SR) zeigt 7.An example of the storage register ( SR ) shows 7th .

Ein Addierer (ADD) summiert bevorzugt die Anzahl der „1“-Werte im binären Speicherregisterausgangsvektor (BSRV) auf und erzeugt so einen Speicherregisterausgangswert (SRV).An adder ( ADD ) preferably adds up the number of "1" values in the binary memory register output vector ( BSRV ) and thus generates a memory register output value ( SRV ).

Verzögerungsregelung (DC)Delay control (DC)

In der Verzögerungsregelung (DC) subtrahiert als erstes ein zweiter Addierer (A2) von dem Speicherregisterausgangswert (SRV) einen Offsetwert, auch Leakage-Wert (LK) genannt. Typischerweise wird dieser Leakage-Wert (LK) als Registerwert über einen Datenbus per Software eingestellt. Ein nachfolgender Integrierer (INT), beispielsweise ein Up-/Down-Counter, integriert den Ergebniswert dieser Subtraktion des Leakage-Werts (LK) vom Speicherregisterausgangswert (SRV) über die Zeit. Ein Digital-zu-Analog-Wandler (D/A) wandelt das Integrationsergebnis der Integration des Ergebniswerts durch den Integrierer (INT) in ein Digital-zu-Analog-Wandler-Ausgangssignal und führt dieses Digital-zu-Analog-Wandler-Ausgangssignal einem Regler (CTR) zu. Der Regler (CTR) steuert mit Hilfe eines Shutter-Steuersignal-Regelsignals (SODC) die zeitliche Verzögerung einer Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS). Die Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS) erzeugt aus dem Shutter-Steuersignal (SO) ein verzögertes Shutter-Steuersignal (SOD). Die Ausgangsstufe der Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS) ist dabei vorzugsweise hinsichtlich Treiberstärke und Geschwindigkeit so gestaltet, dass sie den elektronischen Verschluss (SORX) (in 2) steuern kann.In the delay regulation ( DC ) first subtracts a second adder ( A2 ) from the memory register output value ( SRV ) an offset value, also known as leakage value ( LK ) called. Typically, this leakage value ( LK ) set as a register value via a data bus using software. A subsequent integrator ( INT ), for example an up / down counter, integrates the result value of this subtraction of the leakage value ( LK ) from the memory register output value ( SRV ) over time. A digital-to-analog converter ( THERE ) converts the integration result of the integration of the result value by the integrator ( INT ) into a digital-to-analog converter output signal and feeds this digital-to-analog converter output signal to a controller ( CTR ) to. The regulator ( CTR ) controls with the help of a shutter control signal control signal ( SODC ) the time delay of a shutter control signal delay unit ( DLS ). The shutter control signal delay unit ( DLS ) generated from the shutter control signal ( SO ) a delayed shutter control signal ( SOD ). The output stage of the shutter control signal delay unit ( DLS ) is preferably designed in terms of driver strength and speed in such a way that the electronic shutter ( SORX ) (in 2 ) can control.

Lichtpulsflankenerkennung (LFR)Light pulse edge detection (LFR)

Die zentrale Laser/Shutter-Steuer-Logik (LSL) erzeugt, wie schon bei der Beschreibung der 2 erwähnt, das Lichtpulssteuersignal (LO) und das Shutter-Steuersignal (SO). Das Shutter-Steuersignal (SO) ist wiederum das bereits erwähnte Eingangssignal der Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS). Der Treiber (LD) für den Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX) erzeugt aus dem Lichtpulssteuersignal (LO) ein verzögertes Lichtpulssteuersignal (LOD) für den Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX). Das Leuchtmittel (LTX) setzt das Signal in den Lichtpuls (LP) um, dessen Intensitätsflanke von einer Lichtpulsflankenerkennung (LFR) erfasst wird und in das besagte Stop-Signal (STP) gewandelt wird.The central laser / shutter control logic ( LSL ), as in the description of the 2 mentioned the light pulse control signal ( LO ) and the shutter control signal ( SO ). The shutter control signal ( SO ) is again the already mentioned input signal of the shutter control signal delay unit ( DLS ). The driver ( LD ) for the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) generated from the light pulse control signal ( LO ) a delayed light pulse control signal ( LOD ) for the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ). The lamp ( LTX ) sets the signal in the light pulse ( LP ), whose intensity edge is determined by a light pulse edge detection ( LFR ) is detected and into the said stop signal ( STP ) is converted.

Figur 5Figure 5

5 (siehe auch die erwähnte Literatur) zeigt ein nicht beanspruchtes Schaltungsbeispiel zur „passive Interpolation“. Es handelt sich um eine differentielle Verzögerungseinheit mit passiver Interpolation über die typischerweise gleichartigen Widerstände, die vorzugsweise innerhalb einer integrierten Schaltung matchend ausgeführt werden. Die Verzögerung in dem differenziellen Verstärker hängt von dem DLL-Steuersignal (DLCL) ab. 5 (see also the literature mentioned) shows an unclaimed circuit example for “passive interpolation”. It is a differential delay unit with passive interpolation via the typically similar resistors, which are preferably designed to match within an integrated circuit. The delay in the differential amplifier depends on the DLL control signal ( DLCL ) from.

In dem Beispiel der 5 sind die Signale differentiell ausgeführt. Eine nicht differentielle Signalführung ist aus der Literatur bekannt und wird hier vorausgesetzt.In the example of the 5 the signals are designed differentially. A non-differential signal routing is known from the literature and is assumed here.

Durch die wiederholte Verkettung der beiden Eingänge einer nachfolgenden Verzögerungseinheit (DVZ) dieser Art mit den entsprechenden Ausgängen einer jeweils vorausgehenden Verzögerungseinheit (DVZ) dieser Art entsteht aus mehreren Verzögerungseinheiten (DVZ) die Verzögerungsleitung (DL).By repeatedly chaining the two inputs of a subsequent delay unit ( DVZ ) of this type with the corresponding outputs of a respective preceding delay unit ( DVZ ) of this type arises from several delay units ( DVZ ) the delay line ( DL ).

In dem Beispiel der 5 weist die Verzögerungseinheit (DVZ) beispielhaft vier verzögerte Ausgangssignale (S1 bis S4) auf. Hierbei ist das zweite verzögerte Ausgangssignal (S2) gegenüber dem ersten verzögerten Ausgangssignal (S1) verzögert und das dritte verzögerte Ausgangssignal (S3) ist gegenüber dem zweiten verzögerten Ausgangssignal (S2) verzögert und das vierte verzögerte Ausgangssignal (S4) ist gegenüber dem dritten verzögerten Ausgangssignal (S3) verzögert. Die verzögerten Ausgangssignale (S1 bis S4) der mehreren, beispielsweise m Verzögerungseinheiten (DVZ1 bis DVZm) [nicht in den Figuren eingezeichnet] bilden den Vektor binärer Zahlen von der Verzögerungsleitung (DL), den das Speicherregister (SR) mit dem Eintreffen des Stop-Signals (STP) übernimmt.In the example of the 5 assigns the delay unit ( DVZ ) exemplary four delayed output signals ( S1 to S4 ) on. The second delayed output signal ( S2 ) compared to the first delayed output signal ( S1 ) delayed and the third delayed output signal ( S3 ) is opposite to the second delayed output signal ( S2 ) delayed and the fourth delayed output signal ( S4 ) is opposite to the third delayed output signal ( S3 ) delayed. The delayed output signals ( S1 to S4 ) of the several, for example m, delay units (DVZ1 to DVZm) [not shown in the figures] form the vector of binary numbers from the delay line ( DL ) that the storage register ( SR ) with the arrival of the stop signal ( STP ) takes over.

Durch die Verwendung der Serienschaltung der einzelnen, typischerweise gleichen Widerstände und Einstellung der Granularität der Widerstandskaskade kann die zeitliche Auflösung den Anforderungen entsprechend in gewissem Umfang gestaltet werden.By using the series connection of the individual, typically identical resistors and setting the granularity of the resistor cascade, the time resolution can be designed to a certain extent in accordance with the requirements.

Figur 6Figure 6

6 zeigt eine beispielhafte Verzögerungsleitiung mit beispielhaft fünf Verzögerungsgliedern entsprechend 5. Jedes der beispielhaft fünf Verzögerungsglieder weist beispielhaft 4 Verzögerte Ausgänge (S1 bis S4) auf, sodass hier beispielhaft 20 verzögerte Ausgänge dargestellt werden, deren Verzögerungen bevorzugt von dem Potenzial der DLL-Steuerleitung (DLCL) abhängen. Somit hängt die Gresamtverzögerung zwischen dem Referenztakt (RCLK) und dem verzögerten Takt (DCLK) ebenfalls von dem Potenzial der DLL-Steuerleitung (DLCL) ab. 6th shows an exemplary delay line with exemplary five delay elements accordingly 5 . Each of the five delay elements, for example, has four delayed outputs ( S1 to S4 ), so that 20 delayed outputs are shown here as an example, the delays of which are preferably based on the potential of the DLL control line ( DLCL ) depend. The total delay between the reference clock ( RCLK ) and the delayed clock ( DCLK ) also depends on the potential of the DLL control line ( DLCL ) from.

Figur 7Figure 7

7 zeigt ein Beispiel für das Speicherregister (SR) im Zusammenwirken mit der Verzögerungseinheit (DVZ) der 5. Die beispielhaft vier Ausgänge (S1, S2, S3, S4) der Verzögerungseinheit (DVZ) sind jeweils mit dem Takteingang (CLK) eines ersten, dem jeweiligen Ausgang der vier Ausgänge (S1, S2, S3, S4) zugeordneten ersten Flipflops verbunden. Somit werden diese Takteingänge durch einen jeweils unterschiedlich verzögerten Referenztakt oder ein jeweils unterschiedlich verzögertes und vom Referenztakt abhängendes Signal gesteuert. In dem Beispiel der 7 sind somit vier erste Fip-Flops (FFla, FF2a, FF3a, FF4a) mit ihrem Takteingang (CLK) mit einem jeweiligen Ausgang (S1, S2, S3, S4) der Verzögerungseinheit (DVZ) verbunden. Die Dateneingänge (D) dieser beispielhaft vier ersten Flip-Flops (FFla, FF2a, FF3a, FF4a) sind mit dem Stop-Signal (STP) verbunden. 7th shows an example of the memory register ( SR ) in cooperation with the delay unit ( DVZ ) of the 5 . The exemplary four outputs ( S1 , S2 , S3 , S4 ) the delay unit ( DVZ ) are each with the clock input ( CLK ) a first, the respective output of the four outputs ( S1 , S2 , S3 , S4 ) associated first flip-flops. Thus, these clock inputs are controlled by a differently delayed reference clock or a differently delayed signal that depends on the reference clock. In the example of the 7th are four first fip-flops ( FFla , FF2a , FF3a , FF4a ) with its clock input ( CLK ) with a respective output ( S1 , S2 , S3 , S4 ) the delay unit ( DVZ ) connected. The data inputs ( D. ) these four first flip-flops ( FFla , FF2a , FF3a , FF4a ) are with the stop signal ( STP ) connected.

Der Messprozess läuft nun so ab, dass die zentrale Laser/Shutter-Steuer-Logik (LSL) typischerweise im Wesentlichen zeitsynchron das Lichtpulssteuersignal (LO) und das Shutter-Steuersignal (SO) erzeugt. Das Lichtpulssteuersignal (LO) führt, wie oben beschrieben, zur Emission eines Lichtpulses (LP) durch das Leuchtmittel (LTX). Die Flanke dieses Lichtpulses (LP) wird von der Lichtpulsflankenerkennung (LFR) bei ihrem Eintreffen an deren Detektoren erkannt und in das Stop-Signal (STP) gewandelt.The measuring process now runs in such a way that the central laser / shutter control logic ( LSL ) typically the light pulse control signal ( LO ) and the shutter control signal ( SO ) generated. The light pulse control signal ( LO ) leads, as described above, to the emission of a light pulse ( LP ) through the lamp ( LTX ). The edge of this light pulse ( LP ) is detected by the light pulse edge detection ( LFR ) recognized by their detectors when they arrive and included in the stop signal ( STP ) converted.

Das Shutter-Steuersignal (SO) wird durch die Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS) in das Startsignal (STR) gewandelt. Nicht gezeichnet ist die Kombination des Start-Signals (SRT) und des Stop-Signals (STP) zum kombinierten Start-Stop-Signal (STRSTP), beispielsweise durch eine EXOR-Verknüpfung. In dem Beispiel der 4 ist das Startsignal (STR) gleich dem verzögerten Shutter-Steuersignal (SOD). Der Referenztakt (RCLK) wird von links her in den Eingang der ersten Verzögerungseinheit (DVZ) differenziell eingespeist und durchläuft dann die Kaskade der hintereinander geschalteten Verzögerungseinheiten der Verzögerungsleitung (DL). Durch die Verzögerung in den Verzögerungseinheiten werden dadurch nacheinander zuerst das erste verzögerte Ausgangssignal der Verzögerungseinheit (DVZ), dann das zweite verzögerte Ausgangssignal der Verzögerungseinheit (DVZ) und so weiter bis zum n-ten verzögerten Ausgangssignal der Verzögerungseinheit (DVZ) in einem festen Phasenverhältnis zum Referenztakt (RCLK) oder einem aus diesem abgeleiteten Signal aktiv verzögert. Hierdurch tastet zuerst das erstes Flip-Flop (FF1a) des ersten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR) das kombinierte Start-Stop-Signal (STRSTP) ab, das z.B. durch eine EXOR-Verknüpfung aus dem Start-Signal (STR) und dem Stop-Signal (STP) gewonnen werden kann. Dann tastet das erste Flip-Flop (FF12a) des zweiten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR) das Start-Stop-Signal (STRSTP) ab und so weiter, bis schließlich das erste Flip-Flop (FFna) des n-ten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR) das Start-Stop-Signal (STRSTP) abtastet. Ist die Logik beispielsweise so erstellt, dass das Start-Stop-Signal (STRSTP) mit dem Eintreffen des Lichtpulses (LP) von logisch 1 auf logisch 0 wechselt, so wechseln die Ausgänge der ersten Flip-Flops (FFla, FF2a, FF3a, FF4a), die diese Abtastung vor dem Zustandswechsel des Stop-Signals (STP) vorgenommen haben, den Zustand. Damit erscheint an dem jeweiligen Flip-Flop-Ausgang eine Flanke. Somit übernimmt das jeweils nachgeordnete zweite Flip-Flop (FF1b, FF2b, FF3b, FF4b) die an seinem Dateneingang (D) anliegende beispielhafte logische 1. Im Gegensatz dazu wechseln im gleichen Fall die Ausgänge der ersten Flip-Flops (FFla, FF2a, FF3a, FF4a), die diese Abtastung nach dem Zustandswechsel des Stop-Signals (STP) vorgenommen haben, den logischen Zustand nicht, sondern verbleibt in ihrem Rücksetzwert 0. Damit erscheint an dem jeweiligen Flip-Flop-Ausgang (Q) nun keine Flanke. Somit übernimmt im Gegensatz zu den zuvor benannten Flip-Flops das diesen Flip-Flops jeweils nachgeordnete zweite Flip-Flop (FF1b, FF2b, FF3b, FF4b) die an seinem Dateneingang (D) anliegende beispielhafte logische 1 nicht.The shutter control signal ( SO ) is controlled by the shutter control signal delay unit ( DLS ) in the start signal ( STR ) converted. The combination of the start signal (SRT) and the stop signal ( STP ) to the combined start-stop signal ( STRSTP ), for example through an EXOR link. In the example of the 4th is the start signal ( STR ) equal to the delayed shutter control signal ( SOD ). The reference clock ( RCLK ) is entered from the left into the input of the first delay unit ( DVZ ) differential fed in and then passes through the cascade of the delay units connected in series of the delay line ( DL ). Due to the delay in the delay units, the first delayed output signal of the delay unit ( DVZ ), then the second delayed output signal of the delay unit ( DVZ ) and so on up to the nth delayed output signal of the delay unit ( DVZ ) in a fixed phase relationship to the reference clock ( RCLK ) or actively delayed a signal derived from this. This causes the first flip-flop to scan first ( FF1a ) of the first memory register bit of the memory register ( SR ) the combined start-stop signal ( STRSTP ), which is generated, for example, by an EXOR link from the start signal ( STR ) and the stop signal ( STP ) can be obtained. Then the first flip-flop (FF12a) of the second memory register bit of the memory register ( SR ) the start-stop signal ( STRSTP ) from and so on, until finally the first flip-flop (FFna) of the nth memory register bit of the memory register ( SR ) the start-stop signal ( STRSTP ) scans. For example, if the logic is set up so that the start-stop signal ( STRSTP ) with the arrival of the light pulse ( LP ) changes from logical 1 to logical 0, the outputs of the first flip-flops change ( FFla , FF2a , FF3a , FF4a ), which this sampling before the change of state of the stop signal ( STP ) have made the condition. This means that an edge appears at the respective flip-flop output. The second flip-flop ( FF1b , FF2b , FF3b , FF4b ) at his data input ( D. ) attached exemplary logical 1. In contrast to this, the outputs of the first flip-flops change in the same case ( FFla , FF2a , FF3a , FF4a ), which this sampling after the change of state of the stop signal ( STP ), the logic state does not, but remains in its reset value 0.This means that at the respective flip-flop output ( Q ) now no flank. Thus, in contrast to the previously mentioned flip-flops, the second flip-flop following these flip-flops takes over ( FF1b , FF2b , FF3b , FF4b ) at his data input ( D. ) attached exemplary logical 1 not.

Die Zeitdauer T entspreche dabei dem Abstand zwischen dem Zeitpunkt des Zustandswechsels des Start-Signals (STR) und dem Zeitpunkt des Zustandswechsels des Stop-Signals (STP). Während der Zeitdauer T, in der das Startsignal (STR) auf einem logischen Wert von 1 ist, kippen die ersten Flip-Flops den logischen Wert 1. Dies wird in den zweiten Flip-Flops gespeichert (siehe auch angegebene Literatur). Zur Vorbereitung einer neuen Messung werden die Flip-Flops nach der Messung ggf. zurückgesetzt.The time period T corresponds to the interval between the point in time of the change in state of the start signal ( STR ) and the time of the change of state of the stop signal ( STP ). During the period T in which the start signal ( STR ) is at a logic value of 1, the first flip-flops toggle the logic value 1. This is stored in the second flip-flops (see also the literature cited). In preparation for a new measurement, the flip-flops may be reset after the measurement.

Für z.B. 500 Ausgänge werden demnach 500 x 2 Flip-Flops benötigt. Jede logisch-1 in der 500er-Kette entspricht einer in etwa gleichen Delta-Zeitdauer von z.B. 50 ps.For e.g. 500 outputs, 500 x 2 flip-flops are required. Each logical 1 in the 500 chain corresponds to an approximately equal delta time duration of e.g. 50 ps.

Der Addierer (ADD) bestimmt die Anzahl der Leitungen DLO[1] bis DLO[n] des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), die einen logischen Wert von 1 aufweisen. Hierzu addiert er bevorzugt die 1-Werte zu einer Zahl. Damit liefert er den Speicherregisterausgangswert (SRV) als n-bit Code.The adder ( ADD ) determines the number of lines DLO [1] to DLO [n] of the delay line output bus ( DLO ), which have a logical value of 1. To do this, he prefers to add the 1 values to a number. It thus supplies the memory register output value ( SRV ) as n-bit code.

Gängige Schaltungskonzepte zur Zeitmessung erfordern, dass das Start-Signal (STR) vor dem Stop-Signal (STP) liegt.Common circuit concepts for time measurement require that the start signal ( STR ) before the stop signal ( STP ) lies.

Lichtpulsflankenerkennung (LFR)Light pulse edge detection ( LFR )

Das Shutter-Signal liegt in der Regel bereits intern als Digital-Signal vor und braucht daher keine extra Flankenerkennung. Für das amplitudenmodulierte Signal des Leuchtmittels (LTX) ist aber eine Schaltung zur Detektion des Einschaltmomentes erforderlich. In 4 wurde die Lichtpulsflankenerkennung (LFR) mit einer schnellen Fotodiode (APD), einem Transimpedanzverstärker (TV) und einem Komparator (CMP) realisiert. Die Fotodiode (APD) wird in der Nähe des Leuchtmittels (LTX), bevorzugt des Lasers/der LED, platziert und liefert Strom, sobald das Leuchtmittel (LTX) den Lichtimpuls sendet. Der Transimpedanzverstärker (TV) und der Komparator (CMP) setzen das Lichtsignal in das Stop-Signal (STP) um.The shutter signal is usually already available internally as a digital signal and therefore does not need any additional edge detection. For the amplitude-modulated signal of the lamp ( LTX ) but a circuit for the detection of the switch-on torque is required. In 4th was the light pulse edge detection ( LFR ) with a fast photodiode ( APD ), a transimpedance amplifier ( TV ) and a comparator ( CMP ) realized. The photodiode ( APD ) is placed near the lamp ( LTX ), preferably the laser / LED, places and supplies power as soon as the lamp ( LTX ) sends the light pulse. The transimpedance amplifier ( TV ) and the comparator ( CMP ) set the light signal to the stop signal ( STP ) around.

Die Verzögerung des Transimpedanzverstärkers (TV) und des Komparators (CMP) muss deutlich kleiner als die Verzögerung des Leistungstreibers (PLD) des Leuchtmittels (LTX) und die Verzögerung des Treibers (LD) für den Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX) in Summe sein. Andere Konzepte zur Flankenerkennung sind möglich, z.B. eine induktive Ankopplung zur Erkennung des Stromflusses in dem Leuchtmittel (LTX) zur Erkennung des zeitlichen Einsetzens des Stromflusses.The delay of the transimpedance amplifier ( TV ) and the comparator ( CMP ) must be significantly smaller than the delay of the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) and the delay of the driver ( LD ) for the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) in total. Other concepts for edge detection are possible, e.g. an inductive coupling to detect the current flow in the lamp ( LTX ) to detect the timing of the onset of the current flow.

Verzögerungsregelung (DC)Delay control ( DC )

Der eigentliche Verzögerungsregler besteht aus einem Integrator (INT), einem Digital-zu-Analog-Wandler (D/A), einem Regler (CTR) und einer Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS), die zwischen der zentralen Laser/Shutter-Steuer-Logik (LSL) und dem elektronischen Verschluss (SORX) liegt und mit dem Shutter-Steuersignal (SO) des Reglers (CRT) gesteuert wird.The actual delay controller consists of an integrator ( INT ), a digital-to-analog converter ( THERE ), a controller ( CTR ) and a shutter control signal delay unit ( DLS ) between the central laser / shutter control logic ( LSL ) and the electronic shutter ( SORX ) and with the shutter control signal ( SO ) of the controller ( CRT ) is controlled.

Der Regler (CTR) steuert die Verzögerung dieser Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit (DLS) in der Art, dass sie der Verzögerung der Verzögerung des Leistungstreibers (PLD) des Leuchtmittels (LTX) und der Verzögerung des Treibers (LD) für den Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX) und der Verzögerung des Leuchtmittels (LTX) in Summe entspricht.The regulator ( CTR ) controls the delay of this shutter control signal delay unit ( DLS ) in such a way as to avoid the delay of the delay of the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) and the delay of the driver ( LD ) for the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) and the delay of the lamp ( LTX ) corresponds in total.

Ein zweiter Addierer (A2) subtrahiert den Leakage-Wert (LK) vom Speicherregisterausgangswert (SRV). Der Integrator (INT) summiert das so erhaltene Signal der Zeitmessung kumulativ über die Zeit und erzeugt mit Hilfe des nachfolgenden Digital-zu-Analog-Wandlers (D/A) eine Steuerspannung, die die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Zustandswechsels des Start-Signals (Start-Zeitpunkt) und dem Zeitpunkt des Zustandswechsels des Stop-Signals (Stop-Zeitpunkt) zu Null regelt.A second adder ( A2 ) subtracts the leakage value ( LK ) from the memory register output value ( SRV ). The integrator ( INT ) sums up the signal of the time measurement obtained in this way cumulatively over time and generates it with the help of the subsequent digital-to-analog converter ( THERE ) a control voltage that regulates the difference between the time of the change in status of the start signal (start time) and the time of the change in status of the stop signal (stop time) to zero.

Da die Zeitmessung nur positive Zeiten erkennen kann (der Stop-Zeitpunkt liegt zeitlich immer nach dem Start-Zeitpunkt) ist ein kleines Leakage-Signal in Form des besagten Leakage-Werts (LK) erforderlich, um den Regler (CRT) in der Nähe des optimalen Wertes zu halten.Since the time measurement can only recognize positive times (the stop time is always after the start time) a small leakage signal in the form of the said leakage value ( LK ) required to use the controller ( CRT ) close to the optimal value.

Die Phasendifferenz zwischen dem Takt der Signalansteuerung des Leuchtmittels (LTX) und dem Takt des verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) wird damit nahezu auf Null geregelt.The phase difference between the cycle of the signal control of the light source ( LTX ) and the timing of the delayed shutter control signal ( SOD ) is thus regulated to almost zero.

Figur 8Figure 8

8 zeigt das Einschwingen der Regelung. 8th shows the settling of the control.

Die kleine, dreieckförmige Schwankung nach dem Einschwingen wird durch die besagte Leakage verursacht. Die Schwankung ist in der Praxis nicht von Bedeutung, da ein 3-D Bild sehr viele Lichtpulse erfordert, und diese Schwankung damit ausgemittelt wird.The small, triangular fluctuation after settling is caused by the leakage mentioned. The fluctuation is not important in practice, since a 3-D image requires a large number of light pulses and this fluctuation is averaged out.

Kurzfassung:Short version:

Gegenstand der Erfindung ist die Beschreibung einer digitalen, integrierenden Regelung zur Synchronisierung des verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) mit dem realen Lichtpuls (LP), der tatsächlich von dem Leuchtmittel (LTX) ausgesendet wird.The subject of the invention is the description of a digital, integrating control for the synchronization of the delayed shutter control signal ( SOD ) with the real light pulse ( LP ), which is actually from the lamp ( LTX ) is sent out.

Diese Regelung minimiert die Verzögerung zwischen der Lichtpulsemission durch das Leuchtmittel (LTX), z.B. einem Laser, und dem verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) des elektronischen Verschlusses (SORX) und minimiert damit insbesondere Fertigungs- und Temperatureinflüsse.This regulation minimizes the delay between the light pulse emission by the light source ( LTX ), e.g. a laser, and the delayed shutter control signal ( SOD ) of the electronic shutter ( SORX ) and thus minimizes manufacturing and temperature influences in particular.

Die Regelung besteht aus den Komponenten:

  • - Zeitbasis, bestehend aus einer hochauflösenden Delay-Locked-Loop (DLL)
  • - Zeitmessung (TM) (Start-Stop Erkennung)
  • - Lichtpulsflankenerkennung (LFR) zur Bestimmung des Einschaltmoments des Lichtpulses (LP)
  • - digitale Verzögerungsregelung (DC)
The control consists of the following components:
  • - Time base, consisting of a high-resolution delay-locked loop ( DLL )
  • - timing ( TM ) (Start-stop detection)
  • - light pulse edge detection ( LFR ) to determine the switch-on moment of the light pulse ( LP )
  • - digital delay control ( DC )

Das Regelsignal für die Verzögerungsleitung (DL) in der Shutter-Leitung ist digital gespeichert. Die gesamte Regelschleife braucht damit nicht ständig eingeschaltet werden, was erheblich die Leistungsaufnahme minimiert.The control signal for the delay line ( DL ) in the shutter line is stored digitally. The entire control loop does not need to be switched on all the time, which significantly reduces power consumption.

Die Verzögerung der Lichtpulsflankenerkennung (LFR) wird nicht von der Regelung erfasst. Daher ist es wesentlich, dass diese Schaltungskomponenten schnell gegenüber der zeitlichen Gesamtverzögerung aus der Verzögerung des Leistungstreibers (PLD) des Leuchtmittels (LTX) und der Verzögerung des Treibers (LD) für den Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX) und der Verzögerung des Leuchtmittels (LTX) selbst sind. Allerdings hat auch eine LED oder ein Laser bei Verwendung als Leuchtmittel (LTX) selbst eine Einschaltzeit im Bereich von nano-Sekunden, was die Anforderungen an die Lichtpulsflankenerkennung (LFR) reduziert.The delay of the light pulse edge detection ( LFR ) is not covered by the regulation. It is therefore essential that these circuit components are fast compared to the total time delay from the delay of the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) and the delay of the driver ( LD ) for the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX ) and the delay of the lamp ( LTX ) are themselves. However, an LED or a laser when used as a light source ( LTX ) even a switch-on time in the range of nano seconds, which meets the requirements for light pulse edge detection ( LFR ) reduced.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses (SORX) einer lichtempfindlichen Mess- oder Sensorvorrichtung. Sie umfasst erste Mittel (LSL, LD, PLD, LTX) zur Erzeugung eines amplitudenmodulierten Lichtsignals und zweite Mittel (LFR) zur Flankenerkennung in dem amplitudenmodulierten Lichtsignal. Des Weiteren umfasst sie eine hochauflösende Zeitbasis (DLL), die mit einem Referenztakt (RCLK) betrieben wird, eine Zeit-Messvorrichtung (TM) und eine Verzögerungsregelung (DC). Die ersten Mittel (LSL, LD, PLD, LTX) sind dazu bestimmt und geeignet, das amplitudenmodulierte Lichtsignal, insbesondere einen Lichtpuls (LP), mit einem zeitliche Merkmal, insbesondere einer Flanke, zu einem ersten Zeitpunkt zu erzeugen und mit einem festen Zeitversatz, bezogen auf den ersten Zeitpunkt, zu einem zweiten Zeitpunkt dazu ein Shutter-Steuersignal (SO) zu erzeugen, wobei der feste Zeitversatz auch 0 s sein kann. Die zweiten Mittel (LFR) sind dazu bestimmt und geeignet, das besagte zeitliche Merkmal, insbesondere eine Flanke, des amplitudenmodulierten Lichtsignals zu einem dritten Zeitpunkt zu detektieren und ein Stop-Signal (STP) zu erzeugen. Die Verzögerungsregelung (DC) erzeugt aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung ein Startsignal (STR). Die hochauflösende Zeitbasis (DLL) wird mit einem Referenztakt (RCLK) betrieben. Die hochauflösende Zeitbasis (DLL) weist einen Verzögerungsleitungsausgangsbus (DLO) auf. Die Signalverläufe der Leitungen (DLO[1] bis DLO[n]) des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) stellen zumindest zeitweise den Referenztakt (RCLK) oder ein davon abhängiges Signal mit unterschiedlichen Verzögerungen zueinander dar. Die Zeit-Messvorrichtung (TM) erfasst in Abhängigkeit von dem Start-Signal (STR) und dem Stop-Signal (STP) den logischen Inhalt des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) und erzeugt daraus einen Speicherregisterausgangswert (SRV), der von der zeitlichen Verzögerung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt abhängt. Die Verzögerungsregelung (DC) erzeugt aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung das Startsignal (STR) in der Art, dass es von dem Speicherregisterausgangswert (SRV) abhängt und dass der Zeitversatz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt betragsmäßig vermindert und bis auf Regelfehler und Systemrauschen zu Null geregelt wird. Das Shutter-Steuersignal (SOD) hängt von dem Startsignal (STR) ab oder ist gleich dem Startsignal (STR).The invention relates to a device for generating a delayed shutter control signal ( SOD ) to operate an electronic lock ( SORX ) a light-sensitive measuring or sensor device. It includes first funds ( LSL , LD , PLD , LTX ) for generating an amplitude-modulated light signal and second means ( LFR ) for edge detection in the amplitude-modulated light signal. It also includes a high-resolution time base ( DLL ), which with a reference clock ( RCLK ) is operated, a time measuring device ( TM ) and a delay rule ( DC ). The first means ( LSL , LD , PLD , LTX ) are intended and suitable for the amplitude-modulated light signal, in particular a light pulse ( LP ), with a time characteristic, in particular an edge, to be generated at a first point in time and with a fixed time offset, based on the first point in time, at a second point in time to generate a shutter control signal SO ), whereby the fixed time offset can also be 0 s. The second means ( LFR ) are intended and suitable to detect the said temporal feature, in particular an edge, of the amplitude-modulated light signal at a third point in time and to generate a stop signal ( STP ) to create. The delay regulation ( DC ) generated from the shutter control signal ( SO ) with an adjustable delay a start signal ( STR ). The high-resolution time base ( DLL ) is with a reference clock ( RCLK ) operated. The high-resolution time base ( DLL ) has a delay line output bus ( DLO ) on. The waveforms of the lines (DLO [1] to DLO [n]) of the delay line output bus ( DLO ) at least temporarily provide the reference clock ( RCLK ) or a dependent signal with different delays to each other. The time measuring device ( TM ) recorded depending on the start signal ( STR ) and the stop signal ( STP ) the logical content of the delay line output bus ( DLO ) and uses it to generate a memory register output value ( SRV ), which depends on the time lag between the first point in time and the third point in time. The delay regulation ( DC ) generated from the shutter control signal ( SO ) the start signal ( STR ) in such a way that it depends on the memory register output value ( SRV ) and that the time offset between the second point in time and the third point in time is reduced in terms of amount and is regulated to zero except for control errors and system noise. The shutter control signal ( SOD ) depends on the start signal ( STR ) from or is equal to the start signal ( STR ).

Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses (SORX) einer lichtempfindlichen Mess- oder Sensorvorrichtung. Es umfass die Schritte:

  1. 1. Erzeugen eines amplitudenmodulierten Lichtsignals, insbesondere eines Lichtpulses (LP), mit einem zeitlichen Merkmal, insbesondere einer Flanke, zu einem ersten Zeitpunkt;
  2. 2. Erzeugen eines Shutter-Steuersignals (SO) zu einem zweiten Zeitpunkt und mit einem festen Zeitversatz bezogen auf den ersten Zeitpunkt, wobei der feste Zeitversatz auch 0 s sein kann;
  3. 3. Detektieren des besagten zeitlichen Merkmals, insbesondere einer Flanke, des amplitudenmodulierten Lichtsignals zu einem dritten Zeitpunkt und Erzeugen eines Stop-Signals (STP) in einem festen Zeitbezug zu diesem dritten Zeitpunkt;
  4. 4. Erzeugen eines Start-Signals (STR) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung;
  5. 5. zumindest zeitweises Erzeugen der Signalverläufe der Leitungen (DLO[1] bis DLO[n]) eines Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) auf Basis eines Referenztakts (RCLK) oder eines aus einem Referenztakt (RCLK) abgeleiteten Signals mittels unterschiedlicher Verzögerungen des Referenztakts (RCLK) oder des aus diesem Referenztakt (RCLK) abgeleiteten Signals zu den Signalverläufen der Leitungen (DLO[1] bis DLO[n]) eines Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO);
  6. 6. Erfassen des logischen Inhalts des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) in Abhängigkeit von dem Start-Signal (STR) und dem Stop-Signal (STP) und Erzeugung eines Speicherregisterausgangswerts (SRV) in Abhängigkeit von diesem logischen Inhalt, der von der zeitlichen Verzögerung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt abhängt und
  7. 7. Erzeugen des Start-Signals STR) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung in der Art,
    1. a. dass das Start-Signal (STR) von dem Speicherregisterausgangswert (SRV) abhängt und
    2. b. dass der Zeitversatz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt betragsmäßig vermindert und bis auf Regelfehler und Systemrauschen zu Null geregelt wird.
Furthermore, the invention comprises a method for generating a delayed shutter control signal ( SOD ) to operate an electronic lock ( SORX ) a light-sensitive measuring or sensor device. It includes the steps:
  1. 1. Generation of an amplitude-modulated light signal, in particular a light pulse ( LP ), with a time feature, in particular an edge, at a first point in time;
  2. 2. Generation of a shutter control signal ( SO ) at a second point in time and with a fixed time offset relative to the first point in time, wherein the fixed time offset can also be 0 s;
  3. 3. Detecting the said temporal feature, in particular an edge, of the amplitude-modulated light signal at a third point in time and generating a stop signal ( STP ) in a fixed time reference to this third point in time;
  4. 4. Generation of a start signal ( STR ) from the shutter control signal ( SO ) with an adjustable delay;
  5. 5. at least temporarily generating the signal curves of the lines (DLO [1] to DLO [n]) of a delay line output bus ( DLO ) based on a reference clock ( RCLK ) or one from a reference clock ( RCLK ) derived signal by means of different delays of the reference clock ( RCLK ) or from this reference cycle ( RCLK ) derived signal to the signal courses of the lines (DLO [1] to DLO [n]) of a delay line output bus ( DLO );
  6. 6. Acquiring the logical content of the delay line output bus ( DLO ) depending on the start signal ( STR ) and the stop signal ( STP ) and generation of a memory register output value ( SRV ) as a function of this logical content, which depends on the time delay between the first point in time and the third point in time and
  7. 7. Generation of the start signal STR ) from the shutter control signal ( SO ) with an adjustable delay such as
    1. a. that the start signal ( STR ) from the memory register output value ( SRV ) depends and
    2. b. that the time offset between the second point in time and the third point in time is reduced in terms of amount and is regulated to zero except for control errors and system noise.

Vorteiladvantage

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren zur Erzeugung eines verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses (SORX) einer lichtempfindlichen Mess- oder Sensorvorrichtung ermöglichen eine verbesserte zeitliche Auflösung. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.Such a device and method for generating a delayed shutter control signal ( SOD ) to operate an electronic lock ( SORX ) a light-sensitive measuring or sensor device enable an improved temporal resolution. The advantages are not limited to this.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

ADDADD
Addierer;Adder;
APDAPD
Fotodiode;Photodiode;
A2A2
zweiter Addierer;second adder;
BDLLBDLL
Regler/Buffer;Controller / buffer;
BSRVBSRV
Speicherregisterausgangsvektor;Memory register output vector;
CLKCLK
jeweiliger Takteingang der Flip-Flops (FFla, FF1b, FF2a, FF2b, FF3a, FF3b, FF4a, FF4b);respective clock input of the flip-flops ( FFla , FF1b , FF2a , FF2b , FF3a , FF3b , FF4a , FF4b );
CPCP
Ladungspumpe;Charge pump;
CMPCMP
Komparator;Comparator;
CTRCTR
Regler;Regulator;
DD.
jeweiliger Dateneingang der Flip-Flops (FFla, FF1b, FF2a, FF2b, FF3a, FF3b, FF4a, FF4b);respective data input of the flip-flops ( FFla , FF1b , FF2a , FF2b , FF3a , FF3b , FF4a , FF4b );
D/ATHERE
Digital-zu-Analog-Wandler;Digital-to-analog converter;
DCDC
Verzögerungsregelung;Delay control;
DCLKDCLK
verzögerter Takt;delayed clock;
DLDL
Verzögerungsleitung;Delay line;
DLCLDLCL
DLL-Steuersignal;DLL control signal;
DLLDLL
Delay-Locked-Loop, das als hochauflösende Zeitbasis verwendt wird;Delay-locked loop, which is used as a high-resolution time base;
DLODLO
Verzögerungsleitungsausgangsbus;Delay line output bus;
DLSDLS
Shutter-Steuersignal-Verzögerungseinheit;Shutter control signal delay unit;
DVZDVZ
Verzögerungseinheit. In dem Beispiel der 5 handelt es sich um eine differenzielle Verzögerungseinheit. Typischer Weise ergibt die Verkettung mehrerer solcher differenzieller Verzögerungseinheiten die Verzögerungsleitung (DL). Eine kurze Verzögerungsleitung kann ggf. aus einer Verzögerungseinheit bestehen;Delay unit. In the example of the 5 it is a differential delay unit. Typically, the concatenation of several such differential delay units results in the delay line ( DL ). A short delay line can possibly consist of a delay unit;
FF1aFF1a
erstes Flip-Flop (FF1a) des ersten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);first flip-flop ( FF1a ) of the first memory register bit of the memory register ( SR );
FF1bFF1b
zweites Flip-Flop (FF1b) des ersten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);second flip-flop ( FF1b ) of the first memory register bit of the memory register ( SR );
FF2aFF2a
erstes Flip-Flop (FF2a) des zweiten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);first flip-flop ( FF2a ) of the second memory register bit of the memory register ( SR );
FF2bFF2b
zweites Flip-Flop (FF2b) des zweiten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);second flip-flop ( FF2b ) of the second memory register bit of the memory register ( SR );
FF3aFF3a
erstes Flip-Flop (FF3a) des dritten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);first flip-flop ( FF3a ) of the third memory register bit of the memory register ( SR );
FF3bFF3b
zweites Flip-Flop (FF3b) des dritten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);second flip-flop ( FF3b ) of the third memory register bit of the memory register ( SR );
FF4aFF4a
erstes Flip-Flop (FF4a) des vierten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);first flip-flop ( FF4a ) of the fourth memory register bit of the memory register ( SR );
FF4bFF4b
zweites Flip-Flop (FF4b) des vierten Speicherregisterbits des Speicherregisters (SR);second flip-flop ( FF4b ) of the fourth memory register bit of the memory register ( SR );
ICIC
integrierte Schaltung;integrated circuit;
INTINT
Integrator;Integrator;
LDLD
Treiber (LD) für den Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX);Driver ( LD ) for the power driver ( PLD ) of the lamp ( LTX );
LFLF
Schleifenfilter;Loop filter;
LFRLFR
Lichtpulsflankenerkennung;Light pulse edge detection;
LFOLFO
Schleifenfilterausgangssignal;Loop filter output signal;
LKLK
Leakage-Wert. Es handelt sich bei dem Leakage-Wert um einen fest eingestellten oder beispielsweise über ein Register einstellbaren Wert, der als Offsetwert innerhalb der Verzögerungsregelung (DC) benutzt wird.Leakage value. The leakage value is a fixed value or a value that can be set using a register, for example, which is used as an offset value within the delay control ( DC ) is used.
LOLO
Lichtpulssteuersignal;Light pulse control signal;
LODLOD
verzögertes Lichtpulssteuersignal;delayed light pulse control signal;
LPLP
Lichtpuls;Light pulse;
LSLLSL
zentrale Laser/Shutter-Steuer-Logik;central laser / shutter control logic;
LTXLTX
Leuchtmittel (z.B. eine LED oder ein Laser);Light sources (e.g. an LED or a laser);
OT1OT1
erste Leitung DLO[1] des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), der der Ausgang des Speicherregisters (SR) ist;first line DLO [1] of the delay line output bus ( DLO ), which is the output of the memory register ( SR ) is;
OT2OT2
zweite Leitung DLO[2] des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), der der Ausgang des Speicherregisters (SR) ist;second line DLO [2] of the delay line output bus ( DLO ), which is the output of the memory register ( SR ) is;
OT3OT3
dritte Leitung DLO[3] des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), der der Ausgang des Speicherregisters (SR) ist;third line DLO [3] of the delay line output bus ( DLO ), which is the output of the memory register ( SR ) is;
OT4OT4
vierte Leitung DLO[4] des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), der der Ausgang des Speicherregisters (SR) ist;fourth line DLO [4] of the delay line output bus ( DLO ), which is the output of the memory register ( SR ) is;
OTnOTn
n-te Leitung DLO[n] des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO), der der Ausgang des Speicherregisters (SR) ist;nth line DLO [n] of the delay line output bus ( DLO ), which is the output of the memory register ( SR ) is;
PDPD
Phasendetektor;Phase detector;
PLDPLD
Leistungstreiber (PLD) des Leuchtmittels (LTX);Performance driver ( PLD ) of the lamp ( LTX );
QQ
jeweiliger Datenausgang der Flip-Flops (FFla, FF1b, FF2a, FF2b, FF3a, FF3b, FF4a, FF4b);respective data output of the flip-flops ( FFla , FF1b , FF2a , FF2b , FF3a , FF3b , FF4a , FF4b );
Q1Q1
erste Ladungsmenge, die im Fotodetektor erzeugt wird;first amount of charge generated in the photodetector;
Q2Q2
zweite Ladungsmenge, die im Fotodetektor erzeugt wird;second amount of charge generated in the photodetector;
RCLKRCLK
Referenztakt;Reference clock;
RPRP
reflektierter Lichtpuls;reflected light pulse;
S1S1
erstes verzögertes Ausgangssignal (S1) der Verzögerungseinheit (DVZ);first delayed output signal ( S1 ) the delay unit ( DVZ );
S2S2
zweites verzögertes Ausgangssignal (S2) der Verzögerungseinheit (DVZ);second delayed output signal ( S2 ) the delay unit ( DVZ );
S3S3
drittes verzögertes Ausgangssignal (S3) der Verzögerungseinheit (DVZ);third delayed output signal ( S3 ) the delay unit ( DVZ );
S4S4
viertes verzögertes Ausgangssignal (S4) der Verzögerungseinheit (DVZ);fourth delayed output signal ( S4 ) the delay unit ( DVZ );
SDSD
Treiber (SD) für den elektronischen Verschluss (SORX);Driver ( SD ) for the electronic shutter ( SORX );
SOSO
Shutter-Steuersignal;Shutter control signal;
SODSOD
verzögertes Shutter-Steuersignal;delayed shutter control signal;
SODCSODC
Shutter-Steuersignal-Regelsignal;Shutter control signal control signal;
SRSR
Speicherregister;Storage register;
SORXSORX
elektronischer Verschluss;electronic shutter;
SRVSRV
Speicherregisterausgangswert;Memory register output value;
SS1SS1
erstes Shutter-Signal;first shutter signal;
SS2SS2
zweites Shutter-Signal;second shutter signal;
STRSTR
Start-Signal;Start signal;
STRSTPSTRSTP
kombiniertes Start-Stop-Signal;combined start-stop signal;
STPSTP
Stop-Signal;Stop signal;
tt
Zeit;Time;
T0 T 0
Startzeitpunkt;Start time;
Td T d
Verzögerungszeit;Delay Time;
Te T e
effektive Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Lichtpulses (LP) und der ansteigenden Flanke des verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD);effective delay between the rising edge of the light pulse ( LP ) and the rising edge of the delayed shutter control signal ( SOD );
Tlod T lod
zeitliche Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Lichtpulssteuersignals (LO) und der ansteigenden Flanke des verzögerten Lichtpulssteuersignals (LOD);time delay between the rising edge of the light pulse control signal ( LO ) and the rising edge of the delayed light pulse control signal ( LOD );
Tltx T ltx
zeitliche Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Lichtpulssteuersignals (LO) und der ansteigenden Flanke der Intensität des Lichtpulses (LP);time delay between the rising edge of the light pulse control signal ( LO ) and the rising edge of the intensity of the light pulse ( LP );
TMTM
Zeitmessung;Timing;
Tsod T sod
zeitliche Verzögerung zwischen der ansteigenden Flanke des Shutter-Steuersignals (SO) und der ansteigenden Flanke des verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD);time delay between the rising edge of the shutter control signal ( SO ) and the rising edge of the delayed shutter control signal ( SOD );
Ttrig T trig
Lichtpuls-Dauer;Light pulse duration;
TVTV
Transimpedanzverstärker;Transimpedance amplifier;
ZCLKZCLK
zentraler Takt;central clock;

Liste der zitierten SchriftenList of the cited writings

Stefan Henzler, Time-to-Digital Converters, Springer-VerlagStefan Henzler, Time-to-Digital Converters, Springer-Verlag

Claims (2)

Vorrichtung zur Erzeugung eines verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses (SORX) einer lichtempfindlichen Mess- oder Sensorvorrichtung - mit ersten Mitteln (LSL, LD, PLD, LTX) zur Erzeugung eines amplitudenmodulierten Lichtsignals; - mit zweiten Mitteln (LFR) zur Flankenerkennung in dem amplitudenmodulierten Lichtsignal; - mit einer hochauflösenden Zeitbasis (DLL), die mit einem Referenztakt (RCLK) betrieben wird; - mit einer Zeit-Messvorrichtung (TM); - mit einer Verzögerungsregelung (DC); - wobei die ersten Mittel (LSL, LD, PLD, LTX) dazu bestimmt und geeignet sind, das amplitudenmodulierte Lichtsignal, insbesondere einen Lichtpuls (LP), mit einem zeitlichen Merkmal, insbesondere einer Flanke, zu einem ersten Zeitpunkt zu erzeugen und mit einem festen Zeitversatz bezogen auf den ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt dazu ein Shutter-Steuersignal (SO) zu erzeugen, wobei der feste Zeitversatz auch 0 s sein kann, und - wobei die zweiten Mittel (LFR) dazu bestimmt und geeignet sind, das besagte zeitliche Merkmal, insbesondere eine Flanke, des amplitudenmodulierten Lichtsignals zu einem dritten Zeitpunkt zu detektieren und ein Stop-Signal (STP) zu erzeugen, und - wobei die Verzögerungsregelung (DC) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung ein Startsignal (STR) erzeugt und - wobei die hochauflösende Zeitbasis (DLL) mit einem Referenztakt (RCLK) betrieben wird und - wobei die hochauflösende Zeitbasis (DLL) einen Verzögerungsleitungsausgangsbus (DLO) aufweist und - wobei die Signalverläufe der Leitungen (DLO[1] bis DLO[n]) des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) zumindest zeitweise den Referenztakt (RCLK) oder ein davon abhängiges Signal mit unterschiedlichen Verzögerungen zueinander darstellen und - wobei die Zeit-Messvorrichtung (TM) in Abhängigkeit von dem Start-Signal (STR) und dem Stop-Signal (STP) den logischen Inhalt des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) erfasst und daraus einen Speicherregisterausgangswert (SRV) erzeugt, der von der zeitlichen Verzögerung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt abhängt und - wobei die Verzögerungsregelung (DC) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung das Startsignal (STR) in der Art erzeugt, - dass es von dem Speicherregisterausgangswert (SRV) abhängt und - dass der Zeitversatz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt betragsmäßig vermindert und bis auf Regelfehler und Systemrauschen zu Null geregelt wird und - wobei das Shutter-Steuersignal (SOD) von dem Startsignal (STR) abhängt oder gleich dem Startsignal (STR) ist.Device for generating a delayed shutter control signal (SOD) for actuating an electronic shutter (SORX) of a light-sensitive measuring or sensor device - With first means (LSL, LD, PLD, LTX) for generating an amplitude-modulated light signal; - With second means (LFR) for edge detection in the amplitude-modulated light signal; - With a high-resolution time base (DLL) that is operated with a reference clock (RCLK); - with a time measuring device (TM); - with a delay control (DC); - The first means (LSL, LD, PLD, LTX) are intended and suitable for generating the amplitude-modulated light signal, in particular a light pulse (LP), with a time feature, in particular an edge, at a first point in time and with a fixed one Time offset based on the first point in time to a second point in time to generate a shutter control signal (SO), wherein the fixed time offset can also be 0 s, and - wherein the second means (LFR) are intended and suitable to detect said time feature, in particular an edge, of the amplitude-modulated light signal at a third point in time and to generate a stop signal (STP), and - The delay control (DC) generating a start signal (STR) from the shutter control signal (SO) with a controllable delay and - The high-resolution time base (DLL) is operated with a reference clock (RCLK) and - wherein the high resolution time base (DLL) has a delay line output bus (DLO) and - The signal profiles of the lines (DLO [1] to DLO [n]) of the delay line output bus (DLO) at least temporarily representing the reference clock (RCLK) or a signal dependent thereon with different delays to one another and - wherein the time measuring device (TM) detects the logical content of the delay line output bus (DLO) as a function of the start signal (STR) and the stop signal (STP) and generates a memory register output value (SRV) therefrom, which depends on the time delay depends between the first point in time and the third point in time and - the delay control (DC) generating the start signal (STR) from the shutter control signal (SO) with a controllable delay in the manner - That it depends on the memory register output value (SRV) and - That the time offset between the second point in time and the third point in time is reduced in terms of amount and, apart from control errors and system noise, is regulated to zero and - wherein the shutter control signal (SOD) depends on the start signal (STR) or is equal to the start signal (STR). Verfahren zur Erzeugung eines verzögerten Shutter-Steuersignals (SOD) zur Betätigung eines elektronischen Verschlusses (SORX) einer lichtempfindlichen Mess- oder Sensorvorrichtung mit den Schritten: - Erzeugen eines amplitudenmodulierten Lichtsignals, insbesondere eines Lichtpulses (LP), mit einem zeitlichen Merkmal, insbesondere einer Flanke, zu einem ersten Zeitpunkt; - Erzeugen eines Shutter-Steuersignals (SO) zu einem zweiten Zeitpunkt und mit einem festen Zeitversatz bezogen auf den ersten Zeitpunkt, wobei der feste Zeitversatz auch 0 s sein kann; - Detektieren des besagten zeitlichen Merkmals, insbesondere einer Flanke, des amplitudenmodulierten Lichtsignals zu einem dritten Zeitpunkt und Erzeugen eines Stop-Signals (STP) in einem festen Zeitbezug zu diesem dritten Zeitpunkt; - Erzeugen eines Start-Signals (STR) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung; - zumindest zeitweises Erzeugen der Signalverläufe der Leitungen (DLO[1] bis DLO[n]) eines Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) auf Basis eines Referenztakts (RCLK) oder eines aus einem Referenztakt (RCLK) abgeleiteten Signals mittels unterschiedlichen Verzögerungen des Referenztakts (RCLK); - Erfassen des logischen Inhalts des Verzögerungsleitungsausgangsbusses (DLO) in Abhängigkeit von dem Start-Signal (STR) und dem Stop-Signal (STP) und Erzeugung eines Speicherregisterausgangswerts (SRV) in Abhängigkeit von diesem logischen Inhalt, der von der zeitlichen Verzögerung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt abhängt und - Erzeugen des Start-Signals (STR) aus dem Shutter-Steuersignal (SO) mit einer regelbaren Verzögerung in der Art, - dass das Start-Signal (STR) von dem Speicherregisterausgangswert (SRV) abhängt und - dass der Zeitversatz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt betragsmäßig vermindert und bis auf Regelfehler und Systemrauschen zu Null geregelt wird.Method for generating a delayed shutter control signal (SOD) for actuating an electronic shutter (SORX) of a light-sensitive measuring or sensor device with the following steps: Generating an amplitude-modulated light signal, in particular a light pulse (LP), with a time feature, in particular an edge , at a first point in time; - Generating a shutter control signal (SO) at a second point in time and with a fixed time offset in relation to the first point in time, wherein the fixed time offset can also be 0 s; - Detecting said temporal feature, in particular an edge, of the amplitude-modulated light signal at a third point in time and generating a stop signal (STP) in a fixed time reference at this third point in time; - Generating a start signal (STR) from the shutter control signal (SO) with an adjustable delay; - At least temporarily generating the signal profiles of the lines (DLO [1] to DLO [n]) of a delay line output bus (DLO) on the basis of a reference clock (RCLK) or a signal derived from a reference clock (RCLK) by means of different delays of the reference clock (RCLK); - Detection of the logical content of the delay line output bus (DLO) as a function of the start signal (STR) and the stop signal (STP) and generation of a memory register output value (SRV) as a function of this logical content, which depends on the time delay between the first Time and the third time depends and - generating the start signal (STR) from the shutter control signal (SO) with a controllable delay in such a way that the start signal (STR) depends on the memory register output value (SRV) and - that the time offset between the second point in time and the third point in time is reduced in terms of amount and is regulated to zero except for control errors and system noise.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021101584B3 (en) 2021-01-25 2022-03-10 Elmos Semiconductor Se Mechanic-less ISO26262 compliant LIDAR system
DE102021128923A1 (en) 2021-01-25 2022-07-28 Elmos Semiconductor Se Mechanic-less ISO26262 compliant LIDAR system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9584105B1 (en) * 2016-03-10 2017-02-28 Analog Devices, Inc. Timing generator for generating high resolution pulses having arbitrary widths
DE102017106071B3 (en) * 2017-03-21 2018-03-29 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Method for detecting the delay between a light pulse and a shutter-on signal for improving methods and devices for measuring the light transit time

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9584105B1 (en) * 2016-03-10 2017-02-28 Analog Devices, Inc. Timing generator for generating high resolution pulses having arbitrary widths
DE102017106071B3 (en) * 2017-03-21 2018-03-29 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Method for detecting the delay between a light pulse and a shutter-on signal for improving methods and devices for measuring the light transit time

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021101584B3 (en) 2021-01-25 2022-03-10 Elmos Semiconductor Se Mechanic-less ISO26262 compliant LIDAR system
DE102021128923A1 (en) 2021-01-25 2022-07-28 Elmos Semiconductor Se Mechanic-less ISO26262 compliant LIDAR system

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