使用TDC-GP22时间数字转换器的激光测距仪

时间数字转换器应用指南28thJanuary2014Document-No:AN034_en.pdfV1.3使用TDC-GP22时间数字转换器的激光测距仪AN034acammesselectronicgmbh-Friedrich-List-Str.4-76297Stutensee-Germany-©acam-messelectronicgmbh2014Disclaimer/Notes“Preliminary”productinformationdescribesaproductwhichisnotinfullproductionsothatfullinformationabouttheproductisnotavailableyet.Therefore,acam-messelectronicgmbh(“acam”)reservestherighttomodifythisproductwithoutnotice.Theinformationprovidedbythisdatasheetisbelievedtobeaccurateandreliable.However,noresponsibilityisassumedbyacamforitsuse,norforanyinfringementsofpatentsorotherrightsofthirdpartiesthatmayresultfromitsuse.Theinformationissubjecttochangewithoutnoticeandisprovided“asis”withoutwarrantyofanykind(expressedorimplied).Allotherbrandandproductnamesinthisdocumentaretrademarksorservicemarksoftheirrespectiveowners.Support/ContactForacompletelistingofDirectSales,DistributorandSalesRepresentativecontacts,visittheacamwebsiteat::[e-mail][phone].AN034acammesselectronicgmbh-Friedrich-List-Str.4-76297Stutensee-Germany-介绍有几种不同的方法来实现一个激光测距仪。原理上它们是相似的，都是发射光脉冲，然后接受。一旦返回脉冲被接收到，一些简单的算术和几何公式被用来计算光脉冲的飞行距离。例如:三角测量调频连续波飞行时间…这些不同的方法都有自己的优，缺点：测量距离精度评论三角测量10米几µm依赖于表面，便宜，结实调频连续波200米近似10cm低生产成本，测量速度慢飞行时间几公里几mm反应时间短，价格昂贵，没有光圈眼睛保护注意事项对于长的距离，接受到的信号强度很弱。所以要提高激光的功率。出于对眼睛的保护，激光的总功率是受限制的。因此，它是强制性的：为长距离应用，使用脉冲激光。激光脉冲宽度越短，更高的峰值幅。这个应用手册描述的是基于Acam公司TDC-GP22时间数字转换器的激光测距仪。所以它只描述了TDC的使用，而没有描述光学和模拟电路部分。1.1Time-of-Flight飞行时间–这是一个光脉冲前往目标并返回的时间。已知光的速度，和精确的测量结果：飞行时间，可以计算出距离。许多脉冲顺序被发射，平均响应时间是最常用的。这种技术要求非常精确的亚纳秒定时电路。测量距离用激光或激光扫描仪很好的被建立–你会发现这个技术在地质测量系统，安全系统，生产控制系统中，甚至高尔夫系统中。基于要测量的距离，不同的方法被使用。AN034acammesselectronicgmbh-Friedrich-List-Str.4-76297Stutensee-Germany-小距离，通过三角测量。使用这种方法实现的方案是在微米范围内，但只有几米的最大范围是有限的。对于100米左右的距离，人经常使用的相移测量技术。进行激光调制，传出和传入的光之间的相移给出距离。为了达到毫米范围内的分辨率，非常高的采样率是必要的。只有带有高电流消耗的低测量频率是可能的。使用时间数字转换器，人们有了捷径来数字化飞行时间。它使直接测量光的飞行时间成为可能。原理很简单，但是细节是难点！总所周知，光的飞行速度很快。.因此,必须能够处理极短的时间。在仅仅1微秒的时间里，光线就可以穿过300米!高分辨率意味着在时间测量中的最高精度。一般情况下，光线能够通过一个物体和镜子反射回来，所有光线通过两倍的实际距离。所以我们得出：ime-to-igital-onverterTDC-GP224acammesselectronicgmbh-Friedrich-List-Str.4-76297Stutensee-Germany-µs10km2.4µs360m6.6ns1m66ps10mm10ps1.5mm6.6ps1mm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90ps，它相当于13.5mm距离。通过平均可以提高分辨率到10psor1.5mm。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。具体哪个模式被选择，我们看一下具体的说明：AN034acammesselectronicgmbh-Friedrich-List-Str.4-76297Stutensee-Germany-–测量范围1概述测量范围从3.5ns到2.0μs(0到2.0μs在不同的Stop通道之间)Typ.90ps分辨率rms(13.5mm)可以通过平均来达到更好的分辨率直到每秒500,000次测量20ns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典型应用:手持激光测距仪：可以达到300m，声速枪框架图Microcontroller(MCU)StartStop1Stop2PulseLaserDiodeAvalanchePhotoDiode(APD)TransmissionLensReceivingLensOpticsReceiverTransmitterTDC-GP22AmplifierReflectorAmplifier(gaincontrolled)Detector图2.1框架图–测量范围1.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Stop2ime-to-igital-onverterTDC-GP226acammesselectronicgmbh-Friedrich-List-Str.4-76297Stutensee-Germany-优势可以测量到零纳秒带有激活的噪声单元的平均可以提高测量结果(EN_STARTNOISE=“1”)。TDC有必须的统计功能实现通过平均提高分辨率。2.1具有独立校准的单次测量通过SPI接口发送Start_Cal_TDC指令来进行单独校准。时间测量的原始数据被内部存储。采样的数量能够从状态寄存器bits3to8被看到。当校准被激活的情况下，TDC测量一个和两个内部参考时钟(Tref*1,2or4)的周期。校准的原始数据Cal1和Cal2被内部存储。时序单次测量无校准S