一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路及方法，该电路包括包括发射模块和接收模块，所述发射模块用于接收反馈信号，并发射具有不同强度的激光脉冲，所述接收模块，用于将接收到的信号进行放大，并判断信号放大后是否饱和，将判断结果反馈至发射模块，针对同一反射率、同一位置的目标物体，发射模块根据判断结果调节第二次发射出的脉冲信号强度。该方法为应用于上述电路的调节方法。本发明专利技术能提高激光雷达系统的动态测量范围。本发明专利技术可广泛应用在激光测距领域。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路及方法
本专利技术涉及激光测距领域，尤其涉及一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路及方法。
技术介绍
激光雷达是通过测量激光在激光雷达和被测目标之间往返飞行的时间来得到激光雷达与待测物体之间的距离，这就是飞行时间(TOF)测距激光雷达的基本原理。近年来，随着消费市场对于非协助式探测、机器人导航系统以及自动驾驶系统的需求变得日益剧烈，激光雷达系统特别是直接TOF脉冲式激光雷达因其探测距离远、测量精度高、抗干扰性强等优点受到了资本市场和消费市场前所未有的关注和青睐，各种各样的激光雷达产品也开始逐渐进入到汽车、机器人、安防、地理探测等市场中。脉冲式激光雷达，即通过发射模块发射窄脉宽、高峰值功率的激光脉冲，然后接收模块通过雪崩光电二极管探测器(AvalanchePhotoDiode，APD)将接收的反射光信号转为电信号，再经信号处理系统对该电信号进行处理，实现测距功能。由于自然界中不同类型的物体表面反射率不同，因此它们对入射光的吸收和反射强度也不同。即当一定强度的激光脉冲打到不同的目标物体上，其反射光的强度是不相同的，通常反射光的强度用反射率表示。对于脉冲式激光雷达而言，同一脉冲激光能量，同一距离下，目标物体的反射率不同，反射回来的能量会不同；同一反射率，不同距离下，由于光路损耗，反射回来的能量也会不同。反射回来的能量过强会使APD转化成的电信号饱和，而反射回来的能量过小则会使有用的电信号淹没在噪声中。反射回来的信号过大导致的饱和或过小导致的信噪比过低均会导致计时处理不准确，即影响激光测距的准确性，无法实现大动态范围的测量。目前主要的处理方式是自动增益控制(AutomaticGainControl，AGC)，即在激光雷达系统接收端通过控制后级运放的放大增益来调节反射信号的强弱。但是由于AGC方案后级电路复杂，在不同增益的情况下会存在不同的群延时，影响计时精度，同时其调节速度也很难满足需要。另外，在功率通路上直接串联电阻来调节发射功率也较难实现，因为功率通路上需要有较大的电流通过，这导致串联电阻的阻值需要很小，实际情况中较难实现。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路及方法，以实现激光雷达大动态范围的测量。本专利技术所采用的第一技术方案是：一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路，1.包括发射模块和接收模块，其中：发射模块，用于接收反馈信号，并发射具有不同强度的激光脉冲；接收模块，用于将接收到的信号进行放大，并判断信号放大后是否饱和，将判断结果反馈至发射模块；针对同一反射率、同一位置的目标物体，发射模块根据判断结果调节第二次发射出的脉冲信号强度。具体地，针对同一反射率、同一位置的目标物体，发射模块可根据接收模块收到第一次的脉冲信号时，判断该信号是饱和或是信号的信噪比过低，来调节第二次发射出的脉冲信号强度，即通过接收模块对信号强度的判断，自动调节下一次发射模块的发射功率进一步，所述所述发射模块包括电源模块、控制器模块、逻辑电路、传输门阵列、驱动阵列、NMOS管阵列、NMOS管漏极电压采样子模块和电压比较器，其中：NMOS管漏极电压采样模块和电压比较器，用于比较NMOS管漏极电压与设定值的大小，判断功率通路中是否有尖峰电压导致的反向电流，进而将逻辑信号输出到控制器模块中；控制器模块，用于接收来自接收模块的反馈信号、电压比较器的输出信号，并输出逻辑电路的控制信号；逻辑电路，不仅能根据控制器模块输出的控制信号来确定实际导通的NMOS管的数目，还能根据控制器输出的关于NMOS管漏极电压的采样结果，来确定实际导通时NMOS管导通的顺序。具体地，逻辑电路，不仅能根据控制器输出的信号来确定实际导通的NMOS管的数目来改变发射功率，而且能根据控制器输出的关于NMOS管漏极电压的采样结果，来确定实际导通时NMOS管导通的顺序，进而来缓解功率通路中存在的寄生电感对较大的di/dt的敏感性进一步，所述NMOS管阵列包括2N个NMOS管、2N个NMOS管所一一对应的2N个驱动电路、2N个驱动电路阵列所一一对应的2N个传输门阵列以及用于驱动2N个传输门阵列的驱动电路。进一步，所述逻辑电路包括总线部分、寄存器、温度码模块、与门阵列，或门阵列和2N个SR锁存器阵列，其逻辑输出结果用来控制传输门阵列的导通和关断。本专利技术所采用的第二技术方案是：一种应用于激光发射模块的发射功率调节方法，包括以下步骤：发射模块发射脉冲信号；脉冲信号发射至目标物体后反射回来，得到反射信号；接收模块接收到反射信号后，对信号进行放大，并判断信号放大后是否饱和，将判断结果反馈至发射模块；发射模块中的控制器模块接收来自接收模块的反馈信号，并对信号进行判断，输出控制信号至逻辑电路；逻辑电路接收来自控制器模块的控制信号，输出2N个逻辑控制信号到NMOS管阵列的传输门控制端，根据2N个逻辑控制信号来确定NMOS管实际导通的数量；发送信号至接收模块的控制器，并允许系统对下一次的脉冲信号进行计时。进一步，所述发射模块中的控制器模块接收来自接收模块的反馈信号，并对信号进行判断，输出控制信号至逻辑电路这一步骤，其具体包括：发射模块中的控制器模块接收到来自接收模块的反馈信号后，判断下一次脉冲的幅度是需要增加还是减小，判断完后通过总线ON[N:0]输出第一个确定的二进制数值到逻辑电路，该二进制数值即为下一次需要导通的NMOS管的数目；发射模块中的控制器模块还接收来自电压比较器的逻辑值，由此来判断下一次发射脉冲时NMOS管导通或者关断的顺序，判断完后输出总线信号Rise[N:0]和Fall[N:0]到逻辑电路，确定下一次导通或者关断NMOS管的顺序。进一步，当确定NMOS管的实际导通数量后，根据控制器模块输出的总线信号Rise[N:0]和Fall[N:0]，来确定NMOS管实际导通或关断的先后顺序。本专利技术方法的有益效果是：通过在发射模块中集成了NMOS管阵列，通过改变NMOS管导通的数量，即可改变功率通路中的导通电阻，从而使得发射模块能够获得不同幅度的脉冲信号，另外，通过动态调节NMOS管的导通顺序，即调节电流的瞬态变化di/dt，进而来减小寄生电感对窄脉冲信号不利的影响，本专利技术结构简单且调节速度快。附图说明图1是本专利技术具体实施例发射模块的原理图；图2是本专利技术具体实施例的系统框图；图3是本专利技术具体实施例逻辑电路的原理图；图4是本专利技术具体实施例中两次脉冲信号的发射时间及其脉冲幅度坐标图；图5是本专利技术具体实施例中两次脉冲发射信号对应的反射信号脉冲幅度与其时间的坐标图；图6是本专利技术应用于激光发射模块的发射功率调节方法的步骤流程图。附图标记：1、发射模块；2、接收模块；3、目标物体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路，其特征在于，包括发射模块和接收模块，其中：/n发射模块，用于接收反馈信号，并发射具有不同强度的激光脉冲；/n接收模块，用于将接收到的信号进行放大，并判断信号放大后是否饱和，将判断结果反馈至发射模块；/n针对同一反射率、同一位置的目标物体，发射模块根据判断结果调节第二次发射出的脉冲信号强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路，其特征在于，包括发射模块和接收模块，其中：
发射模块，用于接收反馈信号，并发射具有不同强度的激光脉冲；
接收模块，用于将接收到的信号进行放大，并判断信号放大后是否饱和，将判断结果反馈至发射模块；
针对同一反射率、同一位置的目标物体，发射模块根据判断结果调节第二次发射出的脉冲信号强度。


2.根据权利要求1所述一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路，其特征在于，所述所述发射模块包括电源模块、控制器模块、逻辑电路、传输门阵列、驱动阵列、NMOS管阵列、NMOS管漏极电压采样子模块和电压比较器，其中：
NMOS管漏极电压采样模块和电压比较器，用于比较NMOS管漏极电压与设定值的大小，判断功率通路中是否有尖峰电压导致的反向电流，进而将逻辑信号输出到控制器模块中；
控制器模块，用于接收来自接收模块的反馈信号、电压比较器的输出信号，并输出逻辑电路的控制信号；
逻辑电路，不仅能根据控制器模块输出的控制信号来确定实际导通的NMOS管的数目，还能根据控制器输出的关于NMOS管漏极电压的采样结果，来确定实际导通时NMOS管导通的顺序。


3.根据权利要求2所述一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路，其特征在于，所述NMOS管阵列包括2N个NMOS管、2N个NMOS管所一一对应的2N个驱动电路、2N个驱动电路阵列所一一对应的2N个传输门阵列以及用于驱动2N个传输门阵列的驱动电路。


4.根据权利要求3所述一种应用于激光发射模块的发射功率调节电路，其特征在于，所述逻辑电路包括总线部分、寄存器、温度码模块、与门阵列，或门阵列和2N个SR锁存器阵列。

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建平，陈伟冲，李开友，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44