一种TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统及方法，其中，一个TDC对应多个SPAD，当探测到光子时，SPAD像素组中探测到光子的SPAD被触发，其阳极电压淬灭，并在TDC电路中产生脉冲信号TRIGGER，并基于脉冲信号TRIGGER异步记录SPAD像素地址信息以及激光接收时间，通过判断所接收到的SPAD像素地址信息来分辨冲突地址信息，上述过程中，SPAD像素组上，共享同一TDC的各SPAD在同一个探测周期内，只会出现一次对光子的检测，可以采用一个TDC电路检测多个光子的飞行时间，大大减小了地址总线的占用时间，能够通过复用TDC电路，使系统记录光子飞行时间的效率较高，另外，该系统可实现大规模SPAD地址的扩展，硬件成本和功耗较低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统及方法


[0001]本专利技术属于激光雷达接收器领域，更具体地，涉及一种TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统及方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是无人驾驶、安防测绘等领域必要探测部件，该技术可以通过激光精确分辨物体的轮廓和距离，是必不可少的探测工具。激光雷达有多种技术路线，其中，基于单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)的光子飞行时间探测激光雷达接收器更因为其对较低反射率物体的较强探测能力、较高的灵敏度受到了业界和学术界的青睐，然而传统的架构每一个SPAD都需要配置一个时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)以进行距离测量，对于系统的功耗以及硬件成本造成巨大挑战，故研究一种TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统及方法具有重要意义。
[0003]现有的TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统主要分为两种，第一种是基于TDC动态分配结构的飞行时间测量系统，该结构可以随着SPAD的触发，动态分配空闲的TD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TDC共享的激光接收器的飞行时间测量系统，其特征在于，包括：振荡器、SPAD像素组、TDC电路、读出电路和计算模块；所述振荡器的输出端分别与所述TDC电路的相位输入端和时钟输入端相连，所述SPAD像素组输出端与所述TDC电路的WTA输入端相连，所述TDC电路的输出端与所述读出电路的输入端相连，所述读出电路的输出端与所述计算模块的输入端相连；其中，所述SPAD像素组包括多个SPAD，且各SPAD的输出端口处装有单稳态触发器；所述振荡器用于为所述TDC电路提供相位信息和参考时钟，其中，参考时钟用于驱动TDC电路计时；所述SPAD像素组用于探测光子；当输入TDC电路的激光发射信号START使能有效时，SPAD像素组阳极复位；当探测到光子时，所述SPAD像素组中探测到光子的SPAD被触发，被触发的SPAD的阳极淬灭，进一步触发其输出端口处的单稳态电路产生脉冲信号，并输入到TDC电路中；所述TDC电路用于当输入的激光发射信号START从使能无效阶跃到使能有效时，开始计时，并产生脉冲信号TRIGGER，此时，SPAD像素地址信息为0，根据当前的时间信息和振荡器的相位信息，得到激光发射时间并记录下来，且当脉冲信号TRIGGER处于下降沿时，记录此时的SPAD像素地址信息；当SPAD像素组探测到光子时，对SPAD像素组输入的脉冲信号进行处理，产生脉冲信号TRIGGER，且当脉冲信号TRIGGER处于上升沿时，根据当前的时间信息和振荡器的相位信息，得到激光接收时间并记录下来，当脉冲信号TRIGGER有效时，基于WTA算法，对SPAD像素组输入的脉冲信号进行处理，得到SPAD像素地址信息，当脉冲信号TRIGGER处于下降沿时，记录所得SPAD像素地址信息，并触发读出电路读出上一次记录的SPAD像素地址信息和时间信息；其中，时间信息为激光接收时间或激光发射时间；所述读出电路用于缓存每次记录的SPAD像素地址信息和时间信息，并同时输出到所述计算模块中；其中，每次记录的SPAD像素地址信息和时间信息一一对应；所述计算模块用于判断所接收到的各SPAD像素地址信息是否有效，去除无效的SPAD像素地址信息及其对应的时间信息后，分别在各探测周期内，将其中的各激光接收时间与激光发射时间做差，得到该激光接收时间所对应的SPAD像素地址信息处接收到的光子的飞行时间。2.根据权利要求1所述的飞行时间测量系统，其特征在于，所述TDC电路包括计数器、WTA电路和预读出电路；其中，所述WTA电路上输入START信号的输入端口处装有单稳态触发器；所述计数器和WTA电路的输出端分别与所述预读出电路的输入端相连；所述计数器用于为预读出电路提供时间信息；且当输入的START信号从使能无效阶跃到使能有效时，开始计时，此时，SPAD像素地址信息为0；所述WTA电路用于当输入的激光发射信号START从使能无效阶跃到使能有效时或SPAD像素组探测到光子时，产生脉冲信号TRIGGER，输入到预读出电路中；当SPAD像素组探测到光子，对SPAD像素组输入的脉冲信号进行处理，产生脉冲信号TRIGGER，且当脉冲信号TRIGGER有效时，基于WTA算法，对SPAD像素组输入的脉冲信号进行处理，得到SPAD像素地址信息，并输入到所述预读出电路中；所述预读出电路用于当输入WTA电路的激光发射信号START从使能无效阶跃到使能有
效时，分别根据当前的时间信息和振荡器所提供的相位信息，得到激光发射时间并记录下来，且当脉冲信号TRIGGER处于下降沿时，记录此时的SPAD像素地址信息；当SPAD像素组探测到光子，且脉冲信号TRIGGER处于上升沿时，分别根据当前的时间信息和振荡器所提供的相位信息，得到激光接收时间并记录下来，且当脉冲信号TRIGGER处于下降沿时，记录此时的SPAD像素地址信息，并触发所述读出电路读出上一次记录的SPAD像素地址信息和时间信息。3.根据权利要求2所述的飞行时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭旻，魏子琛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：