时间数字转换器使激光测距仪的精度更高一层
激光测距仪正朝着小型、低功耗和高精度方向发展。而一般的激光脉冲法测量距离要么是测量距离不能满足测量需求,要么就是测量的精度达不到要求,测量精度一般是在±1米左右,测量盲区一般是15米左右。而世强代理的ACAM TDC产品GP22,最大可测量几公里的距离的同时亦能满足高精度的测量,精度最高到达几mm。
一、测量原理
基于GP22的激光测距仪的原理如下图所示,通过GP22发出一脉冲信号的同时记录此刻时间t1,激光发射器发出激光经过目标物体反射到激光接收器,GP22接收到激光接收器转换的电信号时记录此刻时间t2。那么激光飞行的时间为TOF = t2 – t1
图1 测量原理图
激光能够通过目标物体反射回来,所有光线通过两倍的实际距离。所以我们得出:
根据该公式可得出激光飞行的时间和距离:
时间 | 距离 |
66.67us | 10km |
2.4us | 360m |
6.6us | 1m |
66ps | 10mm |
10ps | 1.5mm |
6.6ps | 1mm |
这个范围非常适合使用 TDC-GP22。单个芯片 TDC 有一个单一的分辨率 90 ps ,它相当于 13.5 mm 距离。 通过平均可以提高分辨率到 < 10 ps or < 1.5 mm。TDC-GP22是一个非常通用的集成电路,它可以在不同的模式下被使用。
二、GP22特性
1、测量范围一
● 测量范围从 3.5 ns 到 2.0 μs (0 到 2.0 μs 在不同的Stop 通道之间)
● Typ.90 ps 分辨率 rms (13.5 mm)
● 可以通过平均来达到更好的分辨率
● 直到每秒 500,000 次测量
● 20 ns最小脉冲间隔, 最多接受4个脉冲
● 对于每一个通道的四次采样能力
● 对于每个通道可选择上升和/或 下降沿触发
● 窗口功能的使能引脚
2、测量范围二
● 相对于一个开始通道,一个stop 通道。
● 典型22 ps / 45 ps / 90 ps 分辨率
● 测量范围从 2 x Tref 到 4 ms @ 4MHz
● 2 xTref 脉冲对分辨率
● 3 个综合采样能力, 完全的自动校准
● 可选择上升沿/下降沿触发
● 集成的可编程窗口,每个Stop 精度10 纳秒
3、脉冲发生器最多可发 127 个脉冲
4、上升 和/或 下降沿触发
5、高精度stop屏蔽窗口设置
6、低功耗 32 kHz 振荡器 (500 nA)
7、7x32 位 EEPROM
三、应用于测距仪
根据GP22的两个测量范围特性,可以选择不同的测量量程来实现不同测量距离的激光测距仪。
1、TDC-GP22测量范围一:测量范围从 0 到 300m,典型应用: 手持激光测距仪:可以达到 300 m, 声速枪。框架图如下:
图2 短距离测量框图
2、TDC-GP22测量范围二:测量范围从 75 米到公里级别。提供远距离测量,可以到几公里,但是它的测量范围下端受限。 测量模式2需要最小2*Tref 在Start 和Stop1 之间。典型应用: 长距离测距仪(狩猎,高尔夫,测仪器)。框架图如下:
图3 远距离测量框图
对于2个测量量程的应用,因温度对于发射和接受途径上影响,可以通过测量参考光束和反射光束之间的间隔来消除。所以,TDC 从微处理器得到一个假测量的开始。光学参考触发Stop1,反射光束触发Stop2。如图中的虚线所示。
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