[發(fā)明專利]輸出脈寬可調(diào)節(jié)的探測(cè)電路、接收單元、激光雷達(dá)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010322983.6
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN113534107A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱雪洲;王陳鑾;朱文毅;向少卿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海禾賽科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/487
• 分類號(hào): G01S7/487;G01S17/08
• 代理公司: 北京律和信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 郝文博

本發(fā)明公開了一種輸出脈寬可調(diào)節(jié)的探測(cè)電路，包括：?jiǎn)喂庾友┍蓝O管，可根據(jù)入射的光子產(chǎn)生光電流；比較器，第一輸入端輸入可調(diào)閾值信號(hào)，第二輸入端與單光子雪崩二極管耦接，以輸入表征光電流的電信號(hào)；比較器配置成根據(jù)電信號(hào)與可調(diào)閾值信號(hào)的比較結(jié)果而輸出波形。本發(fā)明提供一種單元探測(cè)電路，具備以下特點(diǎn)：當(dāng)有多個(gè)光子在短時(shí)間內(nèi)被單光子雪崩二極管接收時(shí)，電路輸出信號(hào)的脈寬會(huì)展寬，從而通過信號(hào)脈寬能夠獲知光子數(shù)多少的信息，拓展了單光子雪崩二極管器件的動(dòng)態(tài)范圍；另外可以調(diào)節(jié)單光子信號(hào)的脈寬，在測(cè)距應(yīng)用中，可以將單光子信號(hào)脈寬配置到與測(cè)距發(fā)光脈沖寬度接近的程度，便于處理電路設(shè)置合理的“積分時(shí)間窗”，獲得更優(yōu)的信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸出脈寬可調(diào)節(jié)的探測(cè)電路、包括該探測(cè)電路的接收單元、激光雷達(dá)以及回波探測(cè)的方法。

背景技術(shù)

目前，在激光雷達(dá)測(cè)距應(yīng)用中的SPAD(單光子雪崩二極管)單元可分為兩類，主動(dòng)淬滅和被動(dòng)淬滅。被動(dòng)淬滅的SPAD單元如圖1A所示。當(dāng)光子到達(dá)時(shí)，圖1A中被偏置在蓋革模式下的二極管1觸發(fā)雪崩，產(chǎn)生圖1B中的雪崩電流101，雪崩電流101在淬滅電阻R上產(chǎn)生電壓(圖1B中波形102)，而后雪崩被淬滅，節(jié)點(diǎn)2被淬滅電阻R放電回地電位，二極管1重新回到蓋革偏置區(qū)域。節(jié)點(diǎn)2的波形經(jīng)過緩沖器后變成有一定驅(qū)動(dòng)能力的數(shù)字脈沖，輸出給后級(jí)處理電路(圖1中右側(cè)的波形103)。緩沖器通常由多級(jí)反相器構(gòu)成，翻轉(zhuǎn)閾值固定。主動(dòng)淬滅的SPAD單元如圖2所示。當(dāng)光子到達(dá)時(shí)(圖2B中的波形201)，被偏置在蓋革模式下的二極管21觸發(fā)雪崩，此時(shí)連接二極管陽極和GND的NMOS管截止(因?yàn)镹MOS的柵極電壓3為0V),NMOS處于高阻的狀態(tài)，雪崩電流在NMOS管漏極產(chǎn)生電壓，而后雪崩被淬滅。節(jié)點(diǎn)22維持高電平(圖2B中的波形202)，直到經(jīng)過TDELAY的延遲(典型值為幾ns到幾十ns)，高電平傳播到節(jié)點(diǎn)23(圖2B中的波形203)，使得NMOS導(dǎo)通，節(jié)點(diǎn)22被放電到0V，二極管重新回到蓋革偏置區(qū)域。節(jié)點(diǎn)22的脈沖寬度近似等于TDELAY的時(shí)常，而節(jié)點(diǎn)22的波形經(jīng)過緩沖后變成有一定驅(qū)動(dòng)能力的數(shù)字脈沖，輸出給后級(jí)處理電路(圖2B中的波形204)。波形204中的虛線部分表示SPAD的死時(shí)間，在虛線對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，由于NMOS管持續(xù)導(dǎo)通將節(jié)點(diǎn)22拉到GND，電路不處于正常工作、等待光子到達(dá)的狀態(tài)中，這段時(shí)間被視為死時(shí)間，直到NMOS管回到截止?fàn)顟B(tài)，電路重新回復(fù)到工作狀態(tài)。

在被動(dòng)淬滅的SPAD單元中，緩沖器的翻轉(zhuǎn)閾值固定，因而輸出脈沖的寬度固定。當(dāng)用在激光雷達(dá)中時(shí)，容易在強(qiáng)環(huán)境光下發(fā)生器件飽和，造成無法正常測(cè)距。另外由于輸出脈沖寬度無法調(diào)節(jié)、無法與發(fā)光脈沖寬度適配，導(dǎo)致在某些處理電路的情況下，無法獲得優(yōu)化的信噪比，測(cè)距性能下降。在主動(dòng)淬滅的SPAD單元中，脈沖寬度寬不會(huì)隨光子序列發(fā)生展寬，因而丟失了對(duì)于測(cè)距和環(huán)境光強(qiáng)度判斷所需的有效信息。另外存在死時(shí)間，造成信號(hào)失真。

背景技術(shù)部分的內(nèi)容僅僅是公開人所知曉的技術(shù)，并不當(dāng)然代表本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種輸出脈寬可調(diào)節(jié)的探測(cè)電路、一種可用于激光雷達(dá)的接收單元、包括該接收單元的激光雷達(dá)以及使用該接收單元進(jìn)行回波探測(cè)的方法。

本發(fā)明提供一種輸出脈寬可調(diào)節(jié)的探測(cè)電路，包括：

單光子雪崩二極管，所述單光子雪崩二極管配置成可根據(jù)入射的光子產(chǎn)生光電流；和

比較器，所述比較器的第一輸入端輸入可調(diào)閾值信號(hào)，所述比較器的第二輸入端與所述單光子雪崩二極管耦接，以輸入表征所述光電流的電信號(hào)；所述比較器配置成根據(jù)所述電信號(hào)與所述可調(diào)閾值信號(hào)的比較結(jié)果而輸出波形。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述單光子雪崩二極管的陰極耦接到高電壓，所述單光子雪崩二極管的陽極通過淬滅電阻接地，所述陽極并且耦接到所述比較器的第二輸入端，其中所述電信號(hào)為所述單光子雪崩二極管輸出的模擬電壓。