一种激光雷达前端接收电路及强度信息补偿方法与流程

1.本发明属于激光雷达光信号接收机系统技术领域，具体涉及一种激光雷达前端接收电路及强度信息补偿方法。


背景技术：

2.激光雷达从最初的激光测距、激光制导等军事应用，经过不断的发展，基于其特有的三维成像能力，在地理测绘、航天器导航、无人机探测等领域得到了广泛的应用。三维成像激光雷达的发展经历了单点式、多通道线列扫描式到阵列式的整体演变。由于传统的激光雷达受制于体积、成本、功耗等因素，在自动驾驶等民用领域难以实现大规模应用。在激光雷达系统中，前端模拟电路制约着系统的整体性能。高性能、全集成的激光雷达前端模拟电路已经成为激光雷达研究领域的重要发展方向。
3.激光雷达系统一般由激光发射单元、光学系统以及接收单元组成。与单光子检测激光雷达相比，线性模式激光雷达能够实现强度信息检测，有助于提升目标物体识别能力。传统的线性模式激光雷达需要通过模数转换器(adc)对跨阻放大器的输出进行采样，从而实现强度信息检测，这对模数转换器的采样率具有非常高的要求，因此整机系统的成本难以降低。同时，跨阻放大器电路的动态范围通常较小，因此接收单元能够同时获取强度与距离信息的动态范围受到前端放大电路的限制。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种激光雷达前端接收电路及强度信息补偿方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明实施例提供了一种基于强度信息补偿的激光雷达前端接收电路，包括：模拟前端电路和距离与强度信息获取单元，其中，
6.所述模拟前端电路用于接收探测目标反射的光电流信号和信号处理与控制单元产生的复位信号，对所述光电流信号进行转换和放大，并且根据转换和放大后的信号进行回波时刻鉴别和幅度信息监测，输出上升沿时刻鉴别信号、下降沿时刻鉴别信号与幅度信号；
7.所述距离与强度信息获取单元的输入端与所述模拟前端电路的输出端电连接，所述距离与强度信息获取单元用于接收所述上升沿时刻鉴别信号、所述下降沿时刻鉴别信号、所述幅度信号、参考时钟信号以及所述信号处理与控制单元产生的开始信号，根据所述开始信号和所述参考时钟信号对所述上升沿时刻鉴别信号和所述下降沿时刻鉴别信号进行时间信息转换，输出第一激光脉冲飞行时间信息和第二激光脉冲飞行时间信息，并对所述幅度信号进行数据转换，输出脉冲幅度信息。
8.在本发明的一个实施例中，所述模拟前端电路包括放大器单元、时刻鉴别单元、峰值采样保持电路和单位增益缓冲器，其中，
9.所述放大器单元的输入端输入所述光电流信号和共模信号，其同相电压信号输出
端输出同相电压信号并与所述时刻鉴别单元的同相输入端、所述峰值采样保持电路的第一输入端电连接，反向电压信号输出端输出反相电压信号；
10.所述时刻鉴别单元的反相输入端输入阈值电压信号，第一输出端输出所述上升沿时刻鉴别信号，第二输出端输出所述下降沿时刻鉴别信号；
11.所述峰值采样保持电路的第二输入端输入所述复位信号，输出端与所述单位增益缓冲器的同相输入端电连接；
12.所述单位增益缓冲器的输出端与其反相输入端电连接且输出所述幅度信号。
13.在本发明的一个实施例中，所述放大器单元包括第一放大器、后级放大器、第一电阻、第一电容和第二电阻，其中，
14.所述第一电阻跨接在所述第一放大器的输入端和输出端之间；
15.所述第一放大器的输入端输入所述光电流信号，输出端与所述第一电容的一端电连接；
16.所述第一电容的另一端与所述后级放大器的第一输入端、所述第二电阻的一端电连接，所述第二电阻的另一端与所述后级放大器的第二输入端电连接且所述后级放大器的第二输入端输入所述共模信号；
17.所述后级放大器的第一输出端与所述时刻鉴别单元的同相输入端、所述峰值采样保持电路的第一输入端电连接，所述后级放大器的第二输出端输出所述反相电压信号。
18.在本发明的一个实施例中，所述距离与强度信息获取单元包括强度信息转换单元和距离信息转换单元，其中，
19.所述强度信息转换单元的输入端输入所述上升沿时刻鉴别信号、所述参考时钟信号、所述幅度信号、参考电压和积分器共模电压，输出端与所述距离信息转换单元的输入端电连接；
20.所述距离信息转换单元的输入端还与所述时刻鉴别单元的第一输出端和第二输出端电连接，且所述距离信息转换单元的输入端还输入所述参考时钟信号和所述开始信号，所述距离信息转换单元的输出端输出所述第一激光脉冲飞行时间信息、所述第二激光脉冲飞行时间信息和所述脉冲幅度信息。
21.在本发明的一个实施例中，所述强度信息转换单元包括n1 1级d触发器、第一异或门、缓冲器、第一开关、第二开关、第三电阻、第二放大器、第二电容、复位信号开关和比较器，其中，
22.所述n1 1级d触发器中的时钟端均输入所述参考时钟信号，所述n1 1级d触发器中的第一级d触发器的数据端输入所述上升沿时刻鉴别信号，所述n1 1级d触发器中第n1级d触发器的输出端与第n1 1级d触发器的数据端电连接，且第n1 1级d触发器的输出端电连接所述第一异或门的第一输入端和所述缓冲器的输入端，所述第一异或门的第二输入端电连接所述第一级d触发器的输出端；
23.所述第一异或门的输出端电连接所述第一开关的控制端且所述第一开关的一端输入所述幅度信号，所述第一开关的另一端电连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端电连接所述第二放大器的反相输入端，所述第二放大器的同相输入端输入所述积分器共模电压，所述第二电容和所述复位信号开关并联在所述第二放大器的反相输入端和所述第二放大器的输出端之间；
24.所述缓冲器的输出端与所述距离信息转换单元的第一输入端和所述第二开关的控制端电连接，且所述第二开关的一端输入所述参考电压，所述第二开关的另一端与所述第三电阻的一端电连接；
25.所述第二放大器的输出端与所述比较器的同相输入端电连接，所述比较器的反相输入端输入所述积分器共模电压，所述比较器的输出端与所述距离信息转换单元的第二输入端电连接。
26.在本发明的一个实施例中，所述距离信息转换单元包括数据整合单元、整数位时间信息转换单元和小数位时间信息转换单元，其中，
27.所述数据整合单元的输入端电连接所述缓冲器的输出端、所述比较器的输出端、所述时刻鉴别单元的第一输出端和所述时刻鉴别单元的第二输出端；所述数据整合单元的输出端电连接所述整数位时间信息转换单元的输入端和所述小数位时间信息转换单元的输入端；
28.所述整数位时间信息转换单元的输入端还输入所述开始信号、所述参考时钟信号，所述整数位时间信息转换单元的输出端输出整数位时间信息和不同相位时钟信号；
29.所述小数位时间信息转换单元的输入端与整数位时间信息转换单元的输出端电连接以接收所述不同相位时钟信号，输出端输出小数位时间信息。
30.在本发明的一个实施例中，所述数据整合单元包括第二异或门、第三异或门和第四异或门，其中，
31.所述第二异或门的第一输入端与所述缓冲器的输出端电连接，第二输入端与所述比较器的输出端电连接，输出端与所述第四异或门的第一输入端电连接；
32.所述第三异或门的第一输入端与所述时刻鉴别单元的第一输出端电连接，第二输入端与所述时刻鉴别单元的第二输出端电连接，输出端与所述第四异或门的第二输入端电连接；
33.所述第四异或门的输出端与所述整数位时间信息转换单元的输入端和所述小数位时间信息转换单元的输入端电连接。
34.在本发明的一个实施例中，所述整数位时间信息转换单元包括计数器、鉴相器和电荷泵单元、输入缓冲器、n2级压控延时缓冲器(n2≥1)和环路滤波电容，其中，
35.所述计数器的第一输入端与所述第四异或门的输出端电连接，第二输入端输入所述开始信号，输出端输出所述整数位时间信息；
36.所述输入缓冲器的输入端输入所述参考时钟信号，输出端与所述计数器的时钟端、所述鉴相器和电荷泵单元的第一输入端和所述n2级压控延时缓冲器中的第一级压控延时缓冲器的输入端电连接；
37.所述n2级压控延时缓冲器依次串行级联，第n2级压控延时缓冲器的输出端与所述鉴相器和电荷泵单元的第二输入端电连接；
38.所述鉴相器和电荷泵单元的输出端与所述环路滤波电容的一端、所述n2级压控延时缓冲器中每级压控延时缓冲器的电压控制端电连接，所述环路滤波电容的另一端接地；
39.所述n2级压控延时缓冲器输出端输出n2个不同相位时钟信号且每级压控延时缓冲器的输出端电连接所述小数位时间信息转换单元的输入端。
40.在本发明的一个实施例中，所述小数位时间信息转换单元包括n2个d触发器(n2≥
1)、n2个异或门(n2≥1)和译码电路，其中，
41.所述n2个d触发器中每个d触发器的数据端均与所述第四异或门的输出端电连接，所述n2个d触发器的时钟端与所述n2级压控延时缓冲器的输出端一一对应电连接；
42.所述n2个d触发器中每个d触发器的输出端与所述n2个异或门中每个异或门的第一输入端一一对应电连接，且第2个d触发器至第n2个d触发器的输出端还与第一个异或门至第n2-1个异或门的第二输入端一一对应电连接，第1个d触发器的输出端还与所述n2个异或门中最后一个异或门的第二输入端电连接；
43.所述n2个异或门中每个异或门的输出端均与译码电路的输入端电连接，所述译码电路的输出端输出所述小数位时间信息。
44.本发明的另一个实施例提供了一种基于激光雷达前端接收电路的强度信息补偿方法，用于如上述实施例所述的激光雷达前端接收电路，包括步骤：
45.s1、针对不同的光电流信号的输入电流幅度值，测量放大器单元输出的脉冲宽度信息，得到所述输入电流幅度值与所述脉冲宽度信息的关系；
46.s2、基于所述输入电流幅度值与所述脉冲宽度信息的关系，利用插值法进行补偿，得到强度信息补偿曲线；
47.s3、利用所述强度信息补偿曲线，根据所述放大器单元输出饱和时的目标脉冲宽度信息反推得到目标输入电流幅度值。
48.与现有技术相比，本发明的有益效果：
49.1、本发明的激光雷达前端接收电路，在不需要高速模数转换器的情况下，能够同时输出距离信息与强度信息，有效降低了整机成本和设计复杂度。
50.2、本发明基于激光雷达前端接收电路的强度信息补偿方法，使得接收单元同时获取强度与距离信息的动态范围不受前端放大电路的限制，能够在较大的动态范围内实现强度信息采集。
附图说明
51.图1为本发明实施例提供的一种基于强度信息补偿的激光雷达前端接收电路的结构示意图；
52.图2为本发明实施例提供的一种模拟前端电路的结构示意图；
53.图3为本发明实施例提供的一种距离与强度信息获取单元的电路结构示意图；
54.图4为本发明实施例提供的一种强度信息转换单元的电路结构示意图；
55.图5为本发明实施例提供的一种距离信息转换单元的电路结构示意图；
56.图6为本发明实施例提供的一种强度信息补偿方法的流程图；
57.图7为本发明实施例提供的一种基于强度信息补偿的激光雷达前端接收电路的工作时序图。
具体实施方式
58.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
59.实施例一
60.请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于强度信息补偿的激光雷达前端接收电路的结构示意图。该激光雷达前端接收电路100为一种基于反馈结构前端跨阻放大器的激光雷达前端接收电路，其接收探测目标反射的且经由光学透镜透射的光电流信号i_in、参考时钟信号clk、以及信号处理与控制单元产生的复位信号rst和开始信号start，并对这些信号进行处理后输出激光脉冲飞行时间信息和脉冲幅度信息(即强度信息)至信号处理和控制单元。
61.该激光雷达前端接收电路100包括模拟前端电路110和距离与强度信息获取单元120。其中，
62.模拟前端电路110用于接收探测目标反射的光电流信号i_in和信号处理与控制单元产生的复位信号rst，其中，复位信号rst是指峰值采样保持电路复位信号，其与激光重频信号之间为同步关系；模拟前端电路110对光电流信号i_in进行转换和放大，并且根据转换和放大后的信号进行回波时刻鉴别和幅度信息监测，输出上升沿时刻鉴别信号stop_r、下降沿时刻鉴别信号stop_f与幅度信号v
peak
，其中，上升沿时刻鉴别信号stop_r、下降沿时刻鉴别信号stop_f代表回波的距离信息，幅度信号v
peak
代表回波的强度信息。
63.距离与强度信息获取单元120的输入端与模拟前端电路110的输出端电连接；距离与强度信息获取单元120用于接收上升沿时刻鉴别信号stop_r、下降沿时刻鉴别信号stop_f、幅度信号v
peak
、参考时钟信号clk以及信号处理与控制单元产生的开始信号start，其中，控制单元产生的开始信号start代表了激光脉冲的发射时刻信息；距离与强度信息获取单元120根据开始信号start和参考时钟信号clk对上升沿时刻鉴别信号stop_r、下降沿时刻鉴别信号stop_f进行时间信息转换，输出第一激光脉冲飞行时间信息和第二激光脉冲飞行时间信息，同时对幅度信号v
peak
进行数据转换，输出脉冲幅度信息。其中，脉冲幅度信息即为输出的强度信息；第一激光脉冲飞行时间信息为上升沿时刻鉴别信号stop_r与开始信号start之间的时间间隔信息，其代表距离与强度信息获取单元120输出的距离信息；第二激光脉冲飞行时间信息为下降沿时刻鉴别信号stop_f与开始信号start之间的时间间隔信息，其与第一激光脉冲飞行时间信息的差值为脉冲宽度信息。
64.请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种模拟前端电路的结构示意图。该模拟前端电路110包括放大器单元111、时刻鉴别单元112、峰值采样保持电路113和单位增益缓冲器114。其中，
65.放大器单元111的输入端输入光电流信号i_in和共模信号v
com
，同相电压信号输出端输出同相电压信号v
op
并与时刻鉴别单元112的同相输入端、峰值采样保持电路113的第一输入端电连接，反向电压信号输出端输出反相电压信号v
on
；具体地，放大器单元111的输出端同时输出差分电压信号：同相电压信号v
op
和反相电压信号v
on
，同相电压信号v
op
由时刻鉴别单元112的同相输入端和峰值采样保持电路113的第一输入端输入。时刻鉴别单元112的反相输入端输入阈值电压信号v
th
，第一输出端输出上升沿时刻鉴别信号stop_r，第二输出端输出下降沿时刻鉴别信号stop_f。峰值采样保持电路113的第二输入端输入复位信号rst，输出端与单位增益缓冲器114的同相输入端电连接。单位增益缓冲器114的输出端与其反相输入端电连接且输出幅度信号v
peak
。
66.具体地，放大器单元111包括第一放大器-av、后级放大器a2、第一电阻rf、第一电容c1和第二电阻r1，其中，第一放大器-av和第一电阻rf共同形成跨阻放大器。
67.其中，第一电阻rf跨接在第一放大器-av的输入端和输出端之间。第一放大器-av的输入端输入光电流信号i_in，输出端与第一电容c1的一端电连接。第一电容c1的另一端与后级放大器a2的第一输入端、第二电阻r1的一端电连接，第二电阻r1的另一端与后级放大器a2的第二输入端电连接且后级放大器a2的第二输入端输入共模信号v
com
。后级放大器a2的第一输出端输出与时刻鉴别单元112的同相输入端、峰值采样保持电路113的第一输入端电连接，后级放大器a2的第二输出端输出反相电压信号v
on
。
68.具体地，跨阻放大器的输出信号经过第一电容c1的交流耦合，输入至后级放大器a2中；后级放大器a2同时输出差分电压信号：同相电压信号v
op
和反相电压信号v
on
，其中，v
op
输入至时刻鉴别单元112和峰值采样保持电路113。
69.请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种距离与强度信息获取单元的电路结构示意图。该距离与强度信息获取单元120包括强度信息转换单元121和距离信息转换单元122。
70.其中，强度信息转换单元121的输入端输入上升沿时刻鉴别信号stop_r、参考时钟信号clk、幅度信号v
peak
、参考电压vn和积分器共模电压v
cm
，输出端与距离信息转换单元122的输入端电连接。距离信息转换单元122的输入端还输入开始信号start、参考时钟信号clk、上升沿时刻鉴别信号stop_r和下降沿时刻鉴别信号stop_f，距离信息转换单元122的输出端输出第一激光脉冲飞行时间信息、第二激光脉冲飞行时间信息和脉冲幅度信息，其中距离信息转换单元122所输出的信息由整数位输出和小数位输出组成，整数位输出包括第一激光脉冲飞行时间信息、第二激光脉冲飞行时间信息和脉冲幅度信息的整数位，小数位输出包括第一激光脉冲飞行时间信息、第二激光脉冲飞行时间信息和脉冲幅度信息的小数位。
71.也就是说，强度信息转换单元121的输入端与时刻鉴别单元112的第一输出端、信号处理与控制单元的参考时钟信号clk的输出端、单位增益缓冲器114的输出端、参考电压vn的输出端和积分器共模电压v
cm
的输出端电连接，然后输出第二时刻信息s2和第三时刻信息s3至距离信息转换单元122中。距离信息转换单元122的输入端输入第二时刻信息s2和第三时刻信息s3，并且还与时刻鉴别单元112的第一输出端和第二输出端、信号处理与控制单元的参考时钟信号clk的输出端、信号处理与控制单元的开始信号start的输出端电连接，距离信息转换单元122输出激光脉冲飞行时间信息和脉冲幅度信息。
72.请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种强度信息转换单元的电路结构示意图。强度信息转换单元121包括n1 1级d触发器(n1≥1)、第一异或门、缓冲器、第一开关s1、第二开关s2、第三电阻r2、第二放大器a1、第二电容c2、复位信号开关rst和比较器cmp。其中，
73.n1 1级d触发器中的时钟端均输入参考时钟信号clk，n1 1级d触发器中的第一级d触发器的数据端与时刻鉴别单元112的第一输出端电连接以输入上升沿时刻鉴别信号stop_r；n1 1级d触发器中第n1级d触发器的输出端与第n1 1级d触发器即下一级d触发器的数据端电连接，且第n1 1级d触发器的输出端电连接第一异或门的第一输入端和缓冲器的输入端，第一异或门的第二输入端电连接第一级d触发器的输出端。
74.第一异或门的输出端输出第一时刻信息s1且电连接第一开关s1的控制端，第一时刻信息s1用于控制第一开关s1；第一开关s1的一端输入幅度信号v
peak
，第一开关s1的另一端电连接第三电阻r2的一端，第三电阻r2的另一端电连接第二放大器a1的反相输入端，第二放
大器a1的同相输入端输入积分器共模电压v
cm
，第二电容c2和复位信号开关rst并联在第二放大器a1的反相输入端和第二放大器a1的输出端之间。
75.缓冲器的输出端输出第二时刻信息s2且与距离信息转换单元122的第一输入端和第二开关s2的控制端电连接，第二时刻信息s2在输入至距离信息转换单元122的同时还用于控制第二开关s2，且第二开关s2的一端输入参考电压vn，第二开关s2的另一端与第三电阻r2的一端电连接。
76.第二放大器a1的输出端输出信号v
int
，第二放大器a1的输出端且与比较器cmp的同相输入端电连接；比较器cmp的反相输入端输入积分器共模电压v
cm
，比较器cmp的输出端输出第三时刻信息s3且与距离信息转换单元122的第二输入端电连接以使第三时刻信息s3输入至距离信息转换单元122。
77.请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种距离信息转换单元的电路结构示意图。该距离信息转换单元122包括数据整合单元1221、整数位时间信息转换单元1222和小数位时间信息转换单元1223。其中，
78.数据整合单元1221的输入端电连接缓冲器的输出端、比较器cmp的输出端、时刻鉴别单元112的第一输出端和时刻鉴别单元112的第二输出端，以分别输入第二时刻信息s2、第三时刻信息s3、上升沿时刻鉴别信号stop_r和下降沿时刻鉴别信号stop_f；数据整合单元1221的输出端电连接整数位时间信息转换单元的输入端和小数位时间信息转换单元的输入端以输出信号tin值整数位时间信息转换单元1122和小数位时间信息转换单元1123。
79.整数位时间信息转换单元1222的输入端除了输入信号tin，还输入开始信号start、参考时钟信号clk，整数位时间信息转换单元1222的输出端输出整数位时间信息和不同相位时钟信号。
80.小数位时间信息转换单元1223的输入端除了输入tin信号，还与整数位时间信息转换单元1222的输出端电连接以接收不同相位时钟信号，小数位时间信息转换单元1223输出端输出小数位时间信息。
81.在一个具体实施例中，数据整合单元1221包括第二异或门、第三异或门和第四异或门。
82.其中，第二异或门的第一输入端与缓冲器的输出端电连接以输入第二时刻信息s2，第二输入端与比较器cmp的输出端电连接以输入第三时刻信息s3，输出端与第四异或门的第一输入端电连接。第三异或门的第一输入端与时刻鉴别单元112的第一输出端电连接以输入上升沿时刻鉴别信号stop_r，第二输入端与时刻鉴别单元112的第二输出端电连接以输入下降沿时刻鉴别信号stop_f，输出端与第四异或门的第二输入端电连接。第四异或门的输出端输出信号tin，且其输出端与整数位时间信息转换单元1222的输入端和小数位时间信息转换单元1223的输入端电连接以使得信号tin输入至整数位时间信息转换单元1222和小数位时间信息转换单元1223。
83.在一个具体实施例中，整数位时间信息转换单元1222包括计数器、鉴相器和电荷泵单元、输入缓冲器、n2级压控延时缓冲器(n2≥1)和环路滤波电容c
l
。
84.其中，计数器的第一输入端与第四异或门的输出端电连接以接收信号tin，第二输入端输入开始信号start，输出端输出整数位时间信息。输入缓冲器的输入端输入参考时钟信号clk，输出端与计数器的时钟端、鉴相器和电荷泵单元的第一输入端和n2级压控延时缓
冲器中的第一级压控延时缓冲器的输入端电连接。n2级压控延时缓冲器依次串行级联，第n2级压控延时缓冲器的输出端与鉴相器和电荷泵单元的第二输入端电连接。鉴相器和电荷泵单元的输出端输出控制电压信号vb，且与环路滤波电容c
l
的一端、n2级压控延时缓冲器中每级压控延时缓冲器的电压控制端电连接，控制电压信号vb作为压控延时缓冲器的控制电压信号，环路滤波电容c
l
的另一端接地。n2级压控延时缓冲器输出端输出n2个不同相位时钟信号，作为整数位时间信息转换单元1222的输出端，且每级压控延时缓冲器的输出端电连接小数位时间信息转换单元1223的输入端。
85.在一个具体实施例中，小数位时间信息转换单元1223包括n2个d触发器(n2≥1)、n2个异或门(n2≥1)和译码电路。
86.其中，n2个d触发器中每个d触发器的数据端均与第四异或门的输出端电连接以接收信号tin，n2个d触发器的时钟端与n2级压控延时缓冲器的输出端一一对应电连接；n2个d触发器中每个d触发器的输出端与n2个异或门中每个异或门的第一输入端一一对应电连接，且第2个d触发器至第n2个d触发器的输出端还与第一个异或门至第n2-1个异或门的第二输入端一一对应电连接，第1个d触发器的输出端还与n2个异或门中最后一个异或门的第二输入端电连接。n2个异或门中每个异或门的输出端均与译码电路的输入端电连接，译码电路的输出端输出小数位时间信息。
87.本实施例的激光雷达前端接收电路，在不需要高速模数转换器的情况下，能够同时输出距离信息与强度信息，有效降低了整机成本和设计复杂度。同时，本实施例采用的时间数字转换电路(即距离信息转换单元122)能够实现多个停止信号的时间转换功能。
88.请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种强度信息补偿方法的流程图。该强度信息补偿方法适用于上述基于反馈结构前端跨阻放大器的激光雷达前端接收电路。当反馈结构的跨阻放大器的输出饱和之后，峰值采样保持电路113的输出只能探测到放大器单元111的饱和电压，不能真正反映输入的光电流信号的大小。由于跨阻放大器输出电压信号的脉冲宽度与输入的光电流信号的幅度值成正比，所以可以通过测量放大器单元111输出电压的脉冲宽度，对输入电流幅度值即回波信号的强度信息进行补偿。
89.具体地，该强度信息补偿方法包括步骤：
90.首先，针对不同的光电流信号的输入电流幅度值，测量放大器单元111输出的脉冲宽度信息，得到输入电流幅度值与脉冲宽度信息的关系。接着，基于输入电流幅度值与脉冲宽度信息的关系，利用插值法进行补偿，得到强度信息补偿曲线。最后，利用强度信息补偿曲线，根据放大器单元111输出饱和时的目标脉冲宽度信息反推得到对应的目标输入电流幅度值，即得到回波信号的强度信息。
91.本实施例基于激光雷达前端接收电路的强度信息补偿方法，使得接收单元同时获取强度与距离信息的动态范围不受前端放大电路的限制，能够在较大的动态范围内实现强度信息采集。
92.为了说明本实施例所述的一种基于强度信息补偿的激光雷达前端接收电路的工作原理，本实施例在前述激光雷达前端接收电路100和强度信息补偿方法的基础上，进一步说明激光雷达前端接收电路的强度与距离信息的获取功能，请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种基于强度信息补偿的激光雷达前端接收电路的工作时序图。
93.具体地，v
op
可以代表探测到的回波信号，在比较器cmp的阈值电压处分别产生两个
停止信号：stop_r和stop_f，代表上升时刻和下降时刻。同时参考时钟信号clk通过n1 1级d触发器对stop_r进行采样；第一级d触发器的输出与第n1 1级d触发器的输出相异或，产生第一时刻信息s1(s1信号)，并且s1信号的脉冲宽度为n1个时钟周期；最后一级d触发器的输出为第二时刻信息s2(s2信号)，即s2信号在s1信号变为低电平之后向上翻转。
94.对于幅度信号v
peak
，每个激光发射周期之前通过复位信号rst对幅度信号v
peak
进行复位。在探测到激光回波脉冲之后，幅度信号v
peak
能够输出v
op
信号的峰值电压，并且保持直到复位信号rst变为高电平。对于强度信息转换单元121，放大器a1、第三电阻r2和第二电容c2组成了一个积分器。每个激光发射周期之前复位信号rst对积分器的输出信号v
int
进行复位，并且复位到积分器共模信号v
cm
。在s1为高电平的阶段，积分器的输出v
int
以v
peak
/(r1*c1)的斜率减小；在s1为低电平、s2为高电平时，积分器的输出v
int
以vn/(r1*c1)的斜率增大，直到高于积分器共模信号v
cm
，比较器cpm输出翻转，s3信号变为高电平。因此幅度信号v
peak
可以根据s2和s3的相位差计算得到，即
[0095][0096]
其中，s
3-s2代表s3和s2的相位差，τ
clk
代表参考时钟信号clk的周期。因此可以通过测量s3和s2的相位差得到幅度信号v
peak
。因此，tin信号包含了距离信息stop_r、stop_f和强度信息(即幅度信号v
peak
)。通过距离信息转换单元122就可以直接得到转换之后的时间信息stop_r和stop_f，并且通过外部信号处理单元得到脉冲宽度信息，进而将该脉冲宽度信息应用于图6的强度信息补偿方法进行强度信息补偿；同时得到s2和s3的转换之后的时间信息，通过外部信号处理单元得到s3和s2的相位差，从而计算得到强度信息。
[0097]
本实施例的激光雷达前端接收电路基于直接飞行时间方法，采用峰值采样保持电路与双斜坡模数转换器(即强度信息获取单元121)进行强度信息获取，采用前沿时刻鉴别方法进行距离信息获取，同时采用行走误差与幅度饱和误差补偿方法，分别对距离信息与强度信息进行修正处理，从而能够在同时获取距离信息与强度信息的前提下，扩大电路的动态范围，降低系统成本。
[0098]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。