雷达脉冲ToF电路设计（四）

接线图 2024年02月06日 17:44 197 admin

　　概括来说，该系统测量传感器及其前面个障碍物之间的距离。测量距离的方法是，计算发出光脉冲和接收回波之间的时间。时间测量是通过 TDC 完成的，我们可将 TDC 视为集成到器件中的秒表。TDC 具有50ps 的计时分辨率。
　　以下几篇文章会讲LIDAR 系统选项。
　　用于 ToF 估算的相移法
　　相移法的原理是，调制发射光的振幅，然后测量发射光和接收光之间的相位差。考虑到光速 (c) 和调制频率(f)，当距离 (d) 为 d = c × f/2 的倍数时将发生混叠。为了降低此效应的影响，可使用多个频率来扩大传感范围。相移测量可以通过直接采样、外差（因为信号相位在中频时不会更改）或者 I/Q 解调欠取样完成。
　　脉冲 ToF 估算
　　脉冲 ToF 估算可以直接测量发出和接收到激光之间的 ToF。
　　光学设计
　　概括来讲，光学设计需要满足以下要求：
　　应尽可能扩大发送路径和接收路径共有的视场。
　　光学器件需要限度地增加目标在将光反射回传感器前接收的能源。
　　光学器件需要限度地增加光电二极管接收到的能源。
　　光学器件可过滤环境光以降低系统中的背景噪声。
　　激光二极管、LED、光电二极管以及关于距离的注意事项在设计 LIDAR 系统时遇到的一个最基本的问题是，需要估算传感元件接收到的、作为传输能量函数的能源量。
　　与雷达方程式类似，以下公式是 LIDAR 方程式：

雷达脉冲ToF电路设计（四）第1张

　　其中：
　　Gt 表示传输元件的效率
　　Gr 表示接收元件的效率
　　R 是光学接收元件的半径（π ×r2 等于面积）2 × π 是目标衍射光的立体角
　　D 是目标元件和传感元件之间的距离
　　要使公式生效，需假设传输光可以完全射中目标。安装在激光二极管或 LED 前端的透镜能够做到这一点。
　　但请记住，大多数工业（或汽车）设计所用的激光二极管均为半导体二极管，因为它们的机械结构会致使光在离开半导体基板时发生衍射。

雷达脉冲ToF电路设计（四）第2张