文档介绍：TDC-GP2 在时差法法法(法(((TOF )))
脉冲式激光测距中中中的应用中的应用
摘要:::
在脉冲式激光测距仪的设计当中,时差测量(time of flight measurement )成为了一个
影响整个测量精度最关键的因素。德国 acam 公司设计的时间数字转换芯片 TDC-GP2
为激光测距的时间测量提供了完美的解决方法。本文着重介绍了应用 TDC-GP2 在设计
激光测距电路当中的优势势,以及在应用中给出一些建议和提出了需要注意的一些问
题。
1. 概述
在当今这个科技发达的社会,激光测距的应用越来越普遍。在很多领域,电力力,水
利,通讯,环境,建筑,地质,警务务,消防,爆破,航海,铁路,反恐/军事,农业,
林业,房地产,休闲/户外运动动等都可以用到到激光测距仪。激光测距仪一般采用两种方
式来测量距离:脉冲法和相位法脉冲法和相位法
脉冲式激光测距仪是通过测量激光从发射到到返回之间的时间来计算距离的。因此时间
测量对于脉冲式激光测距仪来说是非常重要的一个环节。由于激光的速度特别快,所
以发射和接收到到的激光脉冲之间的时间间隔非常小。。例如要测量 1 公里的距离,分
辨率要求 1cm ,则时间间隔测量的分辨率则要求高达 67ps 。德国 acam 公司的时间数字
转换器 TDC-GP2 单次测量分辨率为典型 65ps ,功功耗超低,集成度高,测量灵活性高,
是脉冲式激光测距仪时差(TOF )测量非常理想的选择。
2. TDC-GP2 激光测距原理
TDC-GP2 的激光测距基本原理如图 1 所示:
单单单片片片机机机激激激光光光驱驱驱动动动脉脉脉冲冲冲式式式激激激光光光
(MCU) 器器器二二二极极极管管管
发发发射射射电电电路路路
物物物体体体
Start Start
接接接收收收电电电路路路
TDC-GP2 Stop
Stop
光光光学学学元元元件件件
图 1:TDC-GP2 激光测距原理
激光发射装置发射出光脉冲同时将发射脉冲输入到到 TDC-GP2 的 start 端口,触发时差测
量。一旦从物体传回的反射脉冲达到到了光电探测器(接收电路)则给 TDC 产生一个
Stop 信号,这个时候时差测量完成。那么从 Start 到到 Stop 脉冲之间的时差被 TDC-GP2
精确记录下来,用于计算所测物体与发射端的距离。在这个原理中,单片机对于 TDC-
GP2 进行寄存器配置以及时间测量控制制,时间测量结果传回给单片机通过算法进行距
离的精确计算,同时如果有显示装置的话,将距离显示出来。在这个原理当中距离的
测量除了与 TDC-GP2 的时差测量精度有关外还与很多其他因素有关系:
- 激光峰值功功率
- 激光束发散程度
- 光学元件部分
- 光传输的媒体( 空气,雨天,雾天等)
- 物体的光反射能力力
- 光接收部分的灵敏程度等等
被测物体特性以及传输媒介的铁性一般是由应用的条件给出的,那么可以根据应用的
条件来选择激光的发射器(波长,驱动动条件,光束的特性等)和接收器(类型,灵敏
度,带宽等)。测量的范围在激光峰值功功率更高以及信噪比更高的情况下也会相应增
加加。那么时差测量的精度除了与 TDC-GP2 芯片本身测量精度有关系外还与激光的脉冲
特性有关,比如脉冲的形状(宽度,上升下降沿的时间),以及探测器带宽和信号处
理电路。对于 tdc-gp2 而言,脉冲信号的速度越快,带宽越宽,则测量精度相应得会越
高。
那么上面所述的一些需要注意的问题在这里我们并不做讨论,我们假设其他方面都已
经解决,那么这里我们着重介绍一下如何应用单片机和 TDC-GP2 来控制制时间测量。
对于 tdc-gp2 而言,这颗芯片本身有两个测量范围,测量范围 1 和测量范围 2。
测量范围 1 的时间测量从 0ps-, 相对于距离来讲大约为 0-270m 。测量范围 2 的测量
范围从 2 倍的高速时钟周期到到 4ms. 也就是说最高的距离测量可以到到 25
我们下面就以不同的测量范围来进行介绍.
测量范围 1:
0ps-
在这个测量范围下,TDC-GP2 芯片的测量工作全部是由 TDC 高速测量单元完成的。在
这个测量范围中,gp2 的 start 通道,stop1 ,stop2 通道都可用。每个 stop 通道有 4 个脉
冲的测量能力力。在这个测量范围下,测量结果可以选择校准结果(32 位)或者非校准
结果 16 位。推荐使用 32 位的校准结果,也就