[發明專利]基于FPGA芯片的電壓式閉環隨溫調節系統

在審

• 申請號: 201911001251.0
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110596681A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉慧林;姚建春;趙磊;雷少坤
• 申請（專利權）人: 蘇州玖物互通智能科技有限公司
• 主分類號: G01S7/486
• 分類號: G01S7/486
• 代理公司: 32257 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 殷海霞

本發明公開一種基于FPGA芯片的電壓式閉環隨溫調節系統，對激光雷達的APD進行溫度補償，該系統包括FPGA芯片處理器、溫度采集模塊、電壓調節模塊和電壓采集模塊，溫度采集模塊采集APD的溫度傳輸至FPGA芯片處理器；電壓調節模塊產生用作APD偏置電壓的輸出電壓，其根據FPGA芯片處理器的電壓調節信號調整輸出電壓V_?PAD；電壓采集模塊采集APD的偏置電壓傳輸至FPGA芯片處理器；FPGA芯片處理器根據接收的溫度信號產生電壓調節信號、根據APD實時偏置電壓與APD溫度補償需要的偏置電壓的比較結果修正電壓調節信號，使得輸出電壓V_?PAD等于APD溫度補償需要的偏置電壓。本發明應用在激光雷達的光電接收電路中，通過隨溫調節對激光雷達的APD做溫度補償來提高激光雷達的測量精度。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，具體涉及一種基于FPGA芯片的電壓式閉環隨溫調節系統，用于對激光雷達的APD進行溫度補償。

背景技術

雪崩光電二極管(APD)是一種p-n結型光檢測二極管，其應用在激光雷達的激光接收電路中時，利用了APD在擊穿電壓下載流子的雪崩倍增效應來增益、放大光電信號以提高檢測的靈敏度。實際應用中環境溫度的變化對APD的特性影響很大，當溫度升高時，APD的擊穿電壓也隨著上升，如果APD的工作電壓(即高壓)不變，APD的光電檢測性能會變弱，靈敏度降低。

目前，通常通過控制激光雷達內部溫度來實現產品的測量精度要求(即實現APD工作于恒定增益)，如，公告號為CN201853143U的中國專利，公開一種激光雷達溫度控制裝置，包括雷達、望遠鏡主鏡筒、傳感器和溫度控制裝置，該溫度控制裝置包括半導體制冷器和溫度控制電路板，溫度控制電路板通過引線端子與半導體制冷器電連接。該溫度控制裝置的使用拓展了激光雷達的使用溫度范圍，完全保證在內外溫差達到60℃的情況下不至于影響溫控精度。這種方式存在居多弊端：激光雷達內部溫度易受外界干擾、溫度調節具有一定的時延、內部溫度調節需要消耗大量的能量(相對于激光雷達主要工作能量來說甚至超過幾倍)。

另，公開號為CN109541569A的中國專利，公開一種激光雷達PAD溫度補償系統，通過溫度采集模塊實時采集APD的溫度，由電壓反饋模塊測量APD的實時電壓，FPGA芯片處理器比較實時電壓與預存的與實時溫度對應的理論電壓進行比較，根據比較結果調整用于控制升壓模塊輸出電壓的PWM信號，以此實現激光雷達APD溫度補償。該方案中，通過FPGA芯片處理器輸出PWM信號調節MOS管輸出占空比的方式調節輸出電壓，調節速度慢、調節過程中震蕩大、電壓輸出紋波大。另，由分立元件搭建的升壓模塊，電路結構非常不穩定。

發明內容

本發明實施例提供一種基于FPGA芯片的電壓式閉環隨溫調節系統，應用在激光雷達的光電接收電路中，通過隨溫調節對激光雷達的APD做溫度補償來提高激光雷達的測量精度，降低激光雷達測量精度對溫度的敏感性。其中，各個模塊均由配合集成芯片的低壓、數字化電路組成，電壓隨溫調節穩定、調節精度高，調節電壓紋波小，調節過程震蕩小，為激光雷達APD的隨溫調節拓寬實現方案。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于FPGA芯片的電壓式閉環隨溫調節系統，用于對激光雷達的APD進行溫度補償，該系統包括FPGA芯片處理器、溫度采集模塊、電壓調節模塊和電壓采集模塊，

所述溫度采集模塊用于實時采集APD的溫度，且傳輸至FPGA芯片處理器；

所述電壓調節模塊產生用作APD偏置電壓的輸出電壓，其受控于FPGA芯片處理器，并根據FPGA芯片處理器的電壓調節信號調整其輸出電壓V_-PAD；

所述電壓采集模塊用于實時采集APD的偏置電壓，且傳輸至FPGA芯片處理器；