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脉冲半导体激光测距接收电路与计时方法研究 Pulse Semiconductor Laser Rangefinder Receiving Circuit and Timing Method 摘 要 本论文详细讨论了一种可实现高速激光测距的接收电路和计时电路。实验系统采用APD作为光电传感器，将激光脉冲信号转变为微弱电流脉冲，经过两级放大后，信号变为幅度较大的电压脉冲，经过时点鉴别电路分别确定计时起点和终点后，由计时电路来精确测量两个时间点之间的时间间隔。基于传递延时插入法和CPLD的工作原理，对快速测距技术进行了研究，研制了一种能实现收到回波脉冲后80ns内完成测距，测距精度士0.2m的计时电路，并将该电路集成于一片可编程逻辑器件中，减小了电路面积和功耗，增强了抗干扰能力。 关键词：高速测距 逻辑器件 传递延时 APD 激光测距 Abstract A type of receiver circuit and timing circuit which can be applied in high-speed laser range- finder is discussed in this paper. After two-level amplification we got a voltage pulse that had a enough amplitude to be applied，the timing point was discriminated by the constant-fraction timing discriminator circuit. Timing circuits transferred the pulse flight time to digital signal accurately. Implementing normal time Measuring method，flight time of pulse laser was multiplied and measuring speed was de-multiplied. To solve this problem，quick range measurement technology was researched based on the method of propagation delay and working principle of CPLD. A time measurement circuit with an accuracy of士0.2m was designed and accomplished. It could finish the whole measurement process in 80ns after the bounced pulse was reeeived. Keyword:High-speed measurement Propagation delay APD Laser range-finder  目 录 第一章 绪 论 1 1.1激光测距技术原理介绍 1 1.2国内外研究历史、现状和发展趋势 2 第二章 脉冲激光测距系统设计 4 2.1激光测距系统结构 4 2.2激光脉冲发生电路 4 第三章 脉冲激光接收电路 6 3.1光电检测传感器的选择 6 3.2雪崩光电二极管 8 3.3APD反向偏压发生电路 9 3.4放大电路 14 3.5时点判别电路 15 第四章 脉冲激光测距计时电路 17 4.1时间数字转换器插补方法 18 4.2时间数字转换器的电路结构 20 4.3时间数字转换器在CPLD中的实现 26 结 论 28 参考文献 29 致 谢 30 第一章 绪 论 1.1激光测距技术原理介绍 1.1.1原理概述 一个典型的激光测距系统应具备以下几个单元：激光发射单元，激光接收单元，距离计算与显示单元，准直与聚焦单元，如图1.1所示。系统工作时，激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来，被接收单元接收，通过距离计算与显示单元得到目标物距离。 图1.1 激光测距系统原理图 根据激光测距的基本原理，激光测距技术可以分为激光飞行时间测距和非飞行时间激光测距两类，其中飞行时间测距根据所发射激光状态的不同，可分为脉冲激光测距和连续波激光测距，后者根据起止时刻标识的不同又分为相位激光测距和调频激光测距。非飞行时间激光测距技术是指在测距时并不像飞时测距法直接或者间接获得激光飞行时间，而是通过光子计数或者数学统计的方法来得到目标物距离。 以上介绍的方法中，被广泛应用的是脉冲激光测距和相位激光测距，其他测距方法的应用范围较为有限，仅在特定条件下应用。 1.1