[发明专利]脉冲激光间隔测量电路

说明书

本发明公开了一种脉冲激光间隔测量电路，包括跨阻放大器、峰值保持单元、延时控制单元、比较器、斜坡电压发生单元和采样单元；所述峰值保持单元用于获取跨阻放大器的输出电压峰值信息，所述延时控制单元用于控制峰值保持电路复位，所述斜坡电压发生单元用于输出与时间成线性关系的斜坡电压信号，所述采样单元用于对斜坡电压信号进行采样；所述斜坡电压发生单元的复位端和控制端，以及延时控制单元的第二输入端均连接门控信号。本发明采用测量电压差来获取脉冲激光间隔信息，从而解决了高频信号对焦平面脉冲激光间隔测量所带来的单元之间信号不一致和高功耗问题，能够用于多通道或焦平面阵列排布形式，实现焦平面阵列式脉冲激光测距，实用性强。

技术领域

本发明涉及脉冲激光测距领域，特别涉及一种脉冲激光间隔测量电路。

背景技术

脉冲激光测距通过测量激光发射与激光接收之间的时间差来计算被测目标的距离，其关键技术包括：窄脉冲激光信号的发射、脉冲激光信号的接收以及发射与接收时间间隔的测量。脉冲激光测距的精度很大程度上取决于脉冲激光间隔测量的精度，在工业生产以及军事国防等领域，要求脉冲激光间隔测量的精度达到纳秒量级，有的甚至需要达到皮秒量级。

随着信息技术的发展，脉冲激光间隔测量技术也在不断地进步。图1为现有技术中一种基于时钟信号的脉冲激光间隔测量电路：在回波脉冲激光通过光电探测器转换为回波脉冲电流后，跨阻放大器将回波脉冲电流快速转换为脉冲电压；所述脉冲电压通过比较器与参考阈值电压V_REF进行比较，获取回波脉冲信号的到达时刻；当门控信号高电平有效时，高频时钟一方面输入到主计数器进行粗时间测量，另一方面输入到延迟TDC电路中与比较器输出的脉冲到达时刻进行细时间测量；粗时间测量数值与细时间测量数值通过编码运算，得到准确的脉冲激光间隔信息。通过提高计数时钟频率并合理设计延时单元，图1所示的脉冲激光间隔测量电路可获得较高的测量精度。但是，随着光电探测器从单管向64×64、128×128、256×256等规模的焦平面阵列方向发展，一个光电探测单元对应一个通道的脉冲激光间隔测量电路，若采用图1所示电路结构，当时钟频率达到100MHz甚至更高频率时，很难确保每个通道的高频计数时钟保持时间上的一致性，同时当焦平面阵列的所有通道均处于工作状态时，高频率的时钟计数可使整体电路的功耗高达几瓦，若采用单片集成方案，整体电路将无法正常工作，甚至可能被烧毁。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种能够用于焦平面阵列式脉冲激光测距的脉冲激光间隔测量电路。

本发明的技术方案如下：

包括跨阻放大器、峰值保持单元、延时控制单元、比较器、斜坡电压发生单元和采样单元；所述峰值保持单元用于获取跨阻放大器的输出电压峰值信息，所述延时控制单元用于控制峰值保持电路复位，所述斜坡电压发生单元用于输出与时间成线性关系的斜坡电压信号，所述采样单元用于对斜坡电压信号进行采样；

所述跨阻放大器的输入端连接输入端口V_IN，输出端与峰值保持单元的输入端电连接，所述峰值保持单元的输出端与比较器的正相输入端电连接，所述比较器的负相输入端连接阈值参考电压V_REF，输出端与延时控制单元的第一输入端电连接，所述延时控制单元的第二输入端连接门控信号，输出端与峰值保持单元的复位端电连接；所述比较器的输出端还与采样单元的控制端电连接，所述采样单元的输出端连接输出端口V_OUT，采样端与斜坡电压发生单元的输出端电连接，所述斜坡电压发生单元的复位端和控制端均连接门控信号。

进一步的，所述峰值保持单元包括运算放大器、第一电流源、场效应管PMOS1、场效应管NMOS1和电容C1；所述运算放大器的正相输入端与跨阻放大器的输出端电连接，负相输入端与场效应管PMOS1的源极电连接，所述场效应管PMOS1的栅极与延时控制单元的输出端电连接，漏极接地；