【摘要】：本文首先介紹了ToF(Time of Flight)激光雷達(LiDAR,Light Detection and Ranging)成像芯片的基本原理和基本組成模塊,其通過發(fā)射激光脈沖照射目標物體并用激光雷達接收芯片接收探測反射回來的激光脈沖信號,通過獲得的激光脈沖回波信號的接收時間信息得到光信號的飛行時間,以此測量目標物體的距離,然后通過對比不同像素單元接收激光脈沖返回時間的差異來形成目標的數(shù)字3D表達,最后通過數(shù)據(jù)處理形成3D圖像。在激光雷達接收芯片中,光脈沖信號由光電二極管吸收并轉(zhuǎn)化為光電流脈沖信號;而后,跨阻放大器(TIA,Trans-Impedance Amplifier)將光電流轉(zhuǎn)換成時間脈沖電壓信號;由TIA輸出的脈沖電壓信號經(jīng)由恒比定時(CFD,Constant Fraction Discriminator)模塊處理后,作為后級比較器的輸入,并輸出方波脈沖信號;方波脈沖信號作為時間幅度轉(zhuǎn)換器(TAC,Time-to-Amplitude Converter)的時間標準,并將時間信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓量,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC,Analog-to-Digital Converter)量化為數(shù)字信號。其中,CFD和TAC模塊對激光脈沖信號飛行時間的量化起到了決定性的作用,其定時精度和時間-幅度轉(zhuǎn)化精度決定了整個激光雷達接收芯片的測量精度。因此,本文基于CFD的基本原理設(shè)計了幾種用于激光雷達接收芯片的定時電路結(jié)構(gòu),并對像素級TAC芯片進行了實際芯片測試。在簡要介紹了ToF激光雷達成像芯片的原理之后,本文又詳細分析了CFD模塊的基本原理,并基于傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)的缺點,提出了一種新的窄脈沖延時電路,同時對傳統(tǒng)電阻分壓結(jié)構(gòu)的衰減電路進行改進,實現(xiàn)了一種高定時精度的CFD電路模塊。其中,本文提出的窄脈沖延時電路很好的解決了傳統(tǒng)RC延時結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的脈沖波形畸變的問題,有效的減小了由波形畸變的非線性導(dǎo)致的定時誤差。同時,基于傳統(tǒng)CFD電路結(jié)構(gòu),提出了兩種新的脈沖定時方法。本文基于0.18μm CMOS工藝,采用IC616軟件對三種定時方案進行了仿真設(shè)計和驗證,三種定時方案均實現(xiàn)了減小定時誤差的功能,最小定時誤差僅為73.6ps。選用定時誤差最小的傳統(tǒng)CFD定時方案,對其進行了版圖的設(shè)計實現(xiàn),最終單個模塊芯片面積為122μm×74μm,整體芯片面積為290μm×186μm。其中整體芯片面積不僅包括TAC模塊,還包括前級TIA模塊和提供偏置的偽TIA模塊,以及為整個芯片提供穩(wěn)定偏置的基準模塊和穩(wěn)定推送電壓的緩沖模塊。
【圖文】：

商業(yè)激光雷達產(chǎn)品

窄脈沖延時電路幅頻特性和相頻特性仿真結(jié)果
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN958.98

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相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號：2673463