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德國激光測距時差測量芯片——TDC－GP2 1. 概述概述 在當今這個科技發(fā)達的社會，激光測距的應(yīng)用越來越普遍。在很多領(lǐng)域，電力，水利，通訊，環(huán)境，建筑，地質(zhì)，警務(wù)，消防，爆破，航海，鐵路，反恐/軍事，農(nóng)業(yè)，林業(yè)，房地產(chǎn)，休閑/戶外運動等都可以用到激光測距儀。激光測距儀一般采用兩種方式來測量距離：脈沖法和相位法脈沖法和相位法。 脈沖式激光測距儀是通過測量激光從發(fā)射到返回之間的時間來計算距離的。因此時間測量對于脈沖式激光測距儀來說是非常重要的一個環(huán)節(jié)。由于激光的速度特別快，所以發(fā)射和接收到的激光脈沖之間的時間間隔非常小。例如要測量 1公里的距離，分辨率要求1cm，則時間間隔測量的分辨率則要求高達67ps。德國acam公司的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP2單次測量分辨率為典型 65ps，超低功耗，集成度高，測量靈活性高，是脈沖式激光測距儀時差（TOF）測量非常理想的選擇。 2.TDC－GP2激光測距原理 激光發(fā)射裝置發(fā)射出光脈沖同時將發(fā)射脈沖輸入到TDC-GP2的start端口，觸發(fā)時差測量。 一旦從物體傳回的反射脈沖達到了光電探測器（接收電路）則給TDC產(chǎn)生一個Stop信號，這個時候時差測量完成。那么從 Start到Stop脈沖之間的時差被 TDC-GP2 精確記錄下來，用于計算所測物體與發(fā)射端的距離。在這個原理中，單片機對于 TDC-GP2進行寄存器配置以及時間測量控制，時間測量結(jié)果傳回給單片機通過算法進行距離的精確計算，同時如果有顯示裝置的話，將距離顯示出來。在這個原理當中距離的 測量除了與TDC-GP2的時差測量精度有關(guān)外還與很多其他因素有關(guān)系： - 激光峰值功率 - 激光束發(fā)散程度 - 光學(xué)元件部分 - 光傳輸?shù)拿襟w (空氣，雨天，霧天等) - 物體的光反射能力 - 光接收部分的靈敏程度等等 。 被測物體特性以及傳輸媒介的鐵性一般是由應(yīng)用的條件給出的，那么可以根據(jù)應(yīng)用的條件來選擇激光的發(fā)射器（波長，驅(qū)動條件，光束的特性等）和接收器（類型，靈敏度，帶寬等）。測量的范圍在激光峰值功率更高以及信噪比更高的情況下也會相應(yīng)增加。那么時差測量的精度除了與TDC-GP2芯片本身的測量精度有關(guān)外還與激光的脈沖特性有關(guān)，比如脈沖的形狀（寬度，上升下降沿的時間），以及探測器帶寬和信號處理電路。對于 tdc-gp2而言，脈沖信號的速度越快，帶寬越寬，則測量精度相應(yīng)得會越 高。 對于 tdc-gp2而言，這顆芯片本身有兩個測量范圍，測量范圍 1和測量范圍 2。測量范圍1的時間測量從0ps-1.8us,相對于距離來講大約為 0-270m。測量范圍 2的測量范圍從2倍的高速時鐘周期到4ms.也就是說最高的距離測量可以到25公里以外.那么我們下面就以不同的測量范圍來進行介紹. 測量范圍 1: 0ps-1.8us 在這個測量范圍下,TDC-GP2芯片的測量工作全部是由TDC高速測量單元完成的。在這個測量范圍中，gp2的start通道，stop1，stop2通道都可用。每個stop通道有4個脈沖的測量能力。在這個測量范圍下，測量結(jié)果可以選擇校準結(jié)果（32位）或者非校準結(jié)果 16位。推薦使用32位的校準結(jié)果，也就是每次測量都對 TDC測量單元進行一次校準。 需要引起注意的問題： - 對于TDC-GP2來講觸發(fā)它的脈沖寬度必須要大于2.5ns。 - 在 start通道的觸發(fā)邊沿與第一個 stop通道的脈沖邊沿之間的時間間隔要大于 3.5ns。 - 推薦自動校準結(jié)果，并且選擇每次測量完成后進行自動校準。 這個功能通過設(shè)置寄存器 0的自動校準位為 0來開啟。 - 如果計算stop1和stop2通道的脈沖時差的話，脈沖的時差范圍可以降低到 0。Start到最后一個stop脈沖的距離不能夠超過1.8us,這是由于硬件本身所限制的。 |
