用于LIDAR系统的模数转换器技术方案

本公开涉及用于LIDAR系统的模数转换器。本公开的实施方案提出特别适于光检测和测距(LIDAR)实施的模数转换(ADC)系统。示例性提出的ADC系统被构造为确定模拟值的绝对值是否大于阈值，并且在肯定确定时，将预定数字值分配为与模拟值相对应的数字值，而不继续进行模拟值的模数转换。因为ADC系统只能进行模数转换，使用ADC，当输入模拟值小于阈值时，否则输入模拟值只是简单地分配一些预定的数字值，与LIDAR应用中使用的常规ADC相比系统的设计复杂度和功耗可明显降低。

【技术实现步骤摘要】
用于LIDAR系统的模数转换器优先数据的交叉参考本申请是非临时申请，并要求于2016年10月20日提交的名称为“用于LIDAR系统的模数转换器”的PCT申请系列No.PCT/CN16/102651的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及转换器的领域，特别涉及LIDAR系统中使用的模数转换器。
技术介绍
模数转换器(ADC)是将模拟输入信号转换为数字输出信号的装置，例如用于进一步的数字信号处理。ADC可以在诸如宽带通信系统、音频系统、接收机系统等的许多电子应用中找到，其中用于数据处理目的，ADC翻译代表现实世界现象的模拟电信号，例如光、声音、温度或压力。例如，在光检测和测距(LIDAR)系统中，光传感器例如光电检测器被提供用于测量入射到其上的光，并且这些传感器可以产生模拟信号。然后将模拟信号作为输入提供给ADC，以产生数字输出信号以进行进一步处理。设计ADC是一项非平凡的任务，因为每个应用在性能、功耗、成本和尺寸上可能都有不同的需求。ADC设计的改进始终是期望的。
技术实现思路
与LIDAR应用中使用的传统ADC相比，本公开的实施方案提供的ADC系统特别适合LIDAR系统，并具有降低的设计复杂性和功耗的特征。本公开的一个方面提供LIDAR系统，包括：光源、被构造为实施飞行时间测量以确定与一个或多个目标的距离信息的光传感器、和被构造为存储指示光传感器读取的模拟值的传感器存储阵列。LIDAR系统还包括通过下列方式将模拟值转换为数字值的ADC系统：确定是否所述多个模拟值的模拟值绝对值大于阈值，以及在肯定确定时，将预定数字值分配为与所述模拟值相对应的数字值，而不进行所述模拟值的模数转换。由于ADC系统只进行模数转换，使用ADC，当输入模拟值小于阈值时，否则输入模拟值只是分配一些预定的数字值，功耗和设计复杂度可显著降低。建立对应于光传感器读取的所述多个模拟值的数字值的这种方法本文称为“非线性模数转换”。本公开另一方面提供一种操作LIDAR系统的方法，特别是在LIDAR系统中实施非线性模数转换的方法。该方法包括：获得指示由LIDAR系统中使用的飞行时间相机的光传感器检测的光强度的模拟值，并且确定是否模拟值绝对值大于阈值。在否定确定时(即当模拟值被确定为小于阈值时)，该方法包括：使用ADC，例如逐次逼近常规(SAR)ADC或三级闪存ADC，将所述模拟值转换为数字值，并将转换的数字值提供为与所述模拟值对应的数字值。在肯定确定时(即当模拟值被确定为大于阈值时)，该方法包括：向所述模拟值分配预定的数字值，而不完成或甚至开始所述模拟值的模数转换，并提供所述预定数字值为与所述模拟值对应的数字值。本领域技术人员将理解，本公开的方面，特别是本文提出的LIDAR系统中的非线性模数转换的方面，可以以各种方式实施-例如方法、系统、计算机程序产品或计算机可读存储介质。因此，本公开的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)的形式或组合软件和硬件方面的实施例，其可以通常为本文称为的“电路”、“模块”或“系统”。本公开中描述的功能可以被实施为由一个或多个计算机的一个或多个处理单元(例如一个或多个微处理器)执行的算法。在各种实施例中，本文描述的每种方法的步骤的不同步骤和部分可以由不同的处理单元执行。此外，本公开的方面可以采用体现在一个或多个计算机可读介质(优选非暂时的)中的计算机程序产品的形式，其具有在其上实施的例如存储的计算机可读程序代码。在各种实施例中，这样的计算机程序可以例如被下载(更新)到现有设备和系统(例如，现有的LIDAR系统、ADC和/或LIDAR和ADC的控制器等)或存储在制造这些设备和系统。从以下描述和权利要求中，本公开的其它特征和优点是显而易见的。附图说明为了更全面地了解本公开及其特征和优点，参考结合附图进行以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：图1根据一些本公开的实施方案示出可用在LIDAR系统中的示例性飞行时间相机；图2根据一些本公开的实施方案示出其中可操作LIDAR系统的环境；图3根据一些本公开的实施方案示出LIDAR系统的光传感器的示例性读取；图4根据一些本公开的实施方案示出示例性LIDAR系统；图5根据一些本公开的实施方案示出在LIDAR系统中用于非线性模数转换的方法步骤的流程图；图6根据一些本公开的实施方案示出用于LIDAR系统中的非线性模数转换的示例性ADC系统；以及图7根据一些本公开的实施方案示出用于ADC的采样电容器阵列的例子。具体实施方式模数转换器(ADC)的基本原理模数转换器(ADC)是将由模拟信号承载的连续物理量转换为表示数量幅度的数字数字(或携带该数字的数字信号)的电子设备。该转换涉及模拟输入信号的量化，因此转换通常引入少量误差。通常，通过模拟输入信号的周期性采样来进行量化。结果是将连续时间和连续幅度模拟输入信号转换为离散时间和离散幅度数字信号的数字值(即数字信号)的序列。有许多类型的ADC技术，如闪存、Σ-Δ、SAR转换器等。这些不同风格的转换器可以组合使用。在一些转换器拓扑中，在模数转换发生之前，将输入信号采样到电容器或电容器阵列，其通常被称为“采样电容器”。在采样操作期间，在采样电容器和驱动采样电容器的电路之间交换电荷，使得采样电容器被充电到与此时的输入信号的值相对应的电压。驱动电路通常具有阻抗，使得花费时间将采样电容器充电和放电到其正确的电压。可以使用诸如“获取/获取阶段”或“采样阶段”这样的术语来描述这样的时间段，即当连接到接收输入信号的输入节点的采样电容器正被充电至对应输入电压的电压。换句话说，“获取阶段”或“采样阶段”是指当采样电容器对模拟输入信号进行采样以将模拟输入信号转换为数字输出信号时的时间段。术语“采样”和“获取阶段”可以互换地用于指连接到输入节点的一个或多个采样电容器在特定时间段期间采样或获取输入信号的动作。在获取阶段后，可以但不一定要立即接连(即可能连接或可能不会连续完成)，通过通常被称为“转换阶段”的阶段，其中通过将采样电容器上积累的电荷与一个或多个参考电压值进行比较，将采样电容器上采样的输入信号的模拟值转换为数字值。在完成用于转换一个模拟输入值的采集和转换阶段之后，针对下一个模拟输入值重复上述处理。ADC通常由以下操作特性定义，通常作为应用要求的一部分提供：其带宽(可以正确转换为数字信号的模拟信号的频率范围)、其分辨率(即最大模拟信号可分为数字信号并表示为数字信号)、其信噪比(SNR)比(ADC可以如何准确测量信号相对于ADC引入的噪声)及其动态范围(最小可分辨步长、以及最大和最小可能输入之间的比率)。ADC有许多不同的设计，其可以根据不同应用所需的操作特性进行选择。LIDAR系统的基本原理LIDAR是光检测和测距的缩写。一般来说，LIDAR是指通过下列方式测量关于目标的距离信息的测量技术：用激光灯照射目标，检测从目标反射的光，并使用飞行时间技术根据已知的光速、光线从LIDAR系统到目标和返回之间所需的时间来解决与目标的距离。LIDAR也可用于确定目标的深度和/或速度。除了LIDAR系统使用光波，LIDAR系统可以被看作是类似于使用声波的声纳系统的系统，或者使用无线电波来测量与目标的距离的雷达系统。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
LIDAR系统，包括：发射光线脉冲的光源；检测包括从一个或多个目标反射的光线脉冲的贡献的光线的光传感器；存储指示所述从一个或多个目标反射的光线脉冲的贡献的多个模拟值的传感器存储阵列；通过下列方式将所述多个模拟值转换为数字值的模数转换器(ADC)系统：确定是否所述多个模拟值的模拟值绝对值大于阈值，在肯定确定时，将预定数字值分配为与所述模拟值相对应的数字值，而不进行所述模拟值的模数转换，以及在否定确定时，进行所述模数转换以将所述模拟值转换为所述数字值。

【技术特征摘要】
2016.10.20 CN PCT/CN2016/1026511.LIDAR系统，包括：发射光线脉冲的光源；检测包括从一个或多个目标反射的光线脉冲的贡献的光线的光传感器；存储指示所述从一个或多个目标反射的光线脉冲的贡献的多个模拟值的传感器存储阵列；通过下列方式将所述多个模拟值转换为数字值的模数转换器(ADC)系统：确定是否所述多个模拟值的模拟值绝对值大于阈值，在肯定确定时，将预定数字值分配为与所述模拟值相对应的数字值，而不进行所述模拟值的模数转换，以及在否定确定时，进行所述模数转换以将所述模拟值转换为所述数字值。2.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中:所述阈值是多个阈值中的一个阈值，并且预定值是与多个阈值对应的多个预定值中的一个预定值，所述确定包括确定是否模拟值的绝对值大于多个阈值中的任一个，以及在肯定确定时，所述指定包括分配对应于小于模拟值绝对值的多个阈值的最大阈值的预定数字值。3.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中所述ADC系统包括三级闪存ADC用于实施所述模数转换。4.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中所述ADC系统包括放大器以在所述模数转换以前放大所述模拟值。5.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中所述ADC系统包括逐次逼近常规(SAR)转换器用于实施所述模数转换。6.根据权利要求5所述的LIDAR系统，其中:所述SAR转换器包括多个采样电容器以在获取阶段中采样所述模拟值，以及多个采样电容器中的一个或多个相对于所述多个采样电容器的剩余采样电容器是非二进制加权的。7.根据权利要求6所述的LIDAR系统，其中所述一个或多个非二进制加权的采样电容器包括一个或多个最高有效位(MSB)采样电容器。8.根据权利要求6所述的LIDAR系统，还包括连接所述一个或多个非二进制加权的采样电容器的桥电容。9.根据权利要求1所述的LIDAR系统，还包括LIDAR逻辑，以基于所述ADC系统产...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟黎波，贠克，莫俊，刘宇，王炜，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM