CN109391268B - 用于lidar系统的采样和保持电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采样和保持电路，包括并联布置的多个采样和保持分支，并且每个采样和保持分支包括缓冲器和包括一个或多个采样和保持单元的采样和保持块，其特征在于所述采样和保持电路进一步包括时钟和定时电路，该时钟和定时电路被布置用于设置可适配的时间延迟以对每个采样和保持块实现采样和采样相位，由此至少一个采样和保持块的时间延迟能够被设置为比一个采样时钟周期大的值。

Description

用于LIDAR系统的采样和保持电路

技术领域

本发明大体上涉及采样和保持电路的领域。更具体而言，本发明涉及用于在光检测和测距系统中使用的采样和保持电路。

背景技术

LIDAR(从“光雷达”导出)系统在本领域中是公知的。术语LIDAR系统用作光检测和测距系统的缩写。这样的系统被设计为通过将入射光束引导到目标并检测反射光束来对该目标物体执行距离测量。可以基于入射光束和反射光束的飞行时间测量来计算到目标的距离。LIDAR系统可被用于各种适配的驾驶辅助(ADAS)应用，像紧急刹车、适配巡航控制、盲点监测；LIDAR系统可以是自动驾驶系统中的关键感测部件中的一个部件以辅助车辆导航。然而，注意到，像距离测量仪器、3D测绘、虚拟现实、增强现实、机器人、自动化、安全监控等应用也使用LIDAR系统。

LIDAR原则上可以使用任何光波长，例如紫外光、可见光、近红外光或红外光来对物体成像。所使用的波长取决于应用规范和(低成本的)光学部件(像光源和光电检测器)的可用性而变化。传感器记录从发射脉冲的时间开始的光幅度，并且使用幅度对时间的信号来找到位于场景中的反射脉冲形状。

LIDAR系统已经在现有技术中被提出。来自(多个)光电二极管的信号在模拟前端块中被接收，在模拟前端块，它们被转换成可以被处理用于最终确定到目标物体的距离的信号。模拟前端块的典型示例是将光电二极管电流信号转换为电压信号的互阻抗放大器。

图1示出了包括光电二极管阵列202和块201的LIDAR系统200，其中信号从光电二极管阵列被接收且被处理。照明源207将光脉冲或调制的光发射到场景中，在图1的示例中该场景包括高反射物体204和低反射物体206。在所示的示例中，该场景经由透镜203被投影在LIDAR系统中的光敏元件202上。接收到的信号然后在块201中被转换和处理。这典型地包括放大、模数转换、低通滤波和脉冲检测(例如通过应用曲线拟合或相关)。最终，距离通过将往返行进时间的一半乘以光速来确定。

为了在距离测量中实现良好的精度，LIDAR系统需要高采样率。现有技术系统通过交错(interleave)低采样率数据或使用非常高速的ADC来实现这种高采样率。使用交错数据显著地降低帧速率，并且使用高速ADC显著地增加系统成本和复杂性。实际上，现存系统使用不可配置的采样和保持阵列，并收集具有稍微时间偏移的多个数据组。通过交错数据来组装这些数据组，以创建具有高有效采样率的完整数据组。然而，这种方法需要采用多个样本N以使有效采样率增加N倍，这导致帧速率降低N倍。

US7206062公开了一种激光检测和测距系统，其包括用于使用N个离散样本利用光信号检测器生成电信号的电路；一组M个并行的采样/保持电路单位单元，其中的单独的单元与相关联的采样/保持时钟一起操作，在其处每个采样/保持时钟相对于相邻的采样/保持电路单位单元的采样/保持时钟以较小的固定或可编程的量Δt在时间上被移位。因此，量Δt小于时钟周期。该系统进一步包括用于将来自M个并行的采样/保持电路单位单元的至少一些中的单独的单位单元的第一输出的电信号的被采样值顺序地耦合到模数转换器电路(ADC)的电路。

在US5179286中，公开了一种用于测量到物体的距离的距离测量装置。该装置包括用于检测反射脉冲的光电检测电路，该反射脉冲接着被A/D转换。处理单元处理数据以由此算术地确定到物体的距离。

数据收集典型地被如下执行：

1.在时间T_L1处发射第一光脉冲之后，反射信号的幅度被采样并存储在时间：T_L1+n*SP处，其中SP＝采样周期，且n＝0,1,2…N_full,其中N_full表示采样和保持单元的总数。

2.在时间T_L2>T_L1处发射第二光脉冲之后，反射信号的幅度被采样并存储在时间：T_L2+1*SP/4+n*SP处

3.在时间T_L3>T_L2处发射第三光脉冲之后，反射信号的幅度被采样并存储在时间：T_L3+2*SP/4+n*SP处

4.在时间T_L4>T_L3处发射第四光脉冲之后，反射信号的幅度被采样并存储在时间：T_L4+3*SP/4+n*SP处

5.步骤1-4可以各自被重复多次，以通过执行平均来改善SNR。

6.现在可以组合所收集的数据，以创建等于在时间T0+n*SP/4处采样的信号的数据组；n＝0,1,2，...4*N_full，其中T0典型地被设置为等于T_L1。

7.注意到，对于每次采样运行存储的样本数N_full足够大以捕获在检测器的整个距离范围上的反射脉冲。

该方法需要若干个采样运行以收集在距离测量中获得足够精度所必需的数据。

因此，需要改进的方案，其中避免或克服这些缺点。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供可配置的采样和保持电路。

上述目标通过根据本发明的解决方案来实现。

在第一方面，本发明涉及一种采样和保持电路，包括并联布置的多个采样和保持分支，并且每个采样和保持分支包括缓冲器和包括一个或多个采样和保持单元的采样和保持块。所述采样和保持电路进一步包括时钟和定时电路，所述时钟和定时电路被布置用于设置可适配的(adaptable)时间延迟以对每个采样和保持块实现采样和采样相位，由此至少一个采样和保持块的时间延迟能够被设置为比一个采样时钟周期大的值。

所提出的解决方案事实上允许在每个分支中具有不同的时间延迟(以开始采样)和采样相位。以这种方式，可以收集具有不同分辨率的样本，以用于在信号在时间上被采样的几乎任何应用中使用。

在有利的实施例中，所述时钟和定时电路还被布置用于适配(adapt)被应用在所述多个采样和保持块中的采样和保持分支的所述采样和保持块中的采样频率。

在实施例中，所述采样和保持电路包括数字处理块，所述数字处理块被布置用于执行由采样和保持块输出的样本的平均。

在一个实施例中，所述时钟和定时电路被布置用于使用所述时间延迟和所述采样相位设置要被执行的多个迭代。

在另一个实施例中，所述时钟和定时电路被布置用于设置应用到所述采样和保持电路的多个输入信号。

在优选的实施例中，所述采样和保持电路包括用于控制所述采样和保持单元的读和写操作的开关块。

在实施例中，每个采样和保持单元包括写入开关、读出开关和存储元件。

在另一个方面，本发明涉及光检测和测距系统，包括光电二极管、放大器和如先前描述的采样和保持电路

在实施例中，光检测和测距系统包括数字处理块，所述数字处理块被布置用于对由所述采样和保持块输出的样本执行平均。

在另一个方面，本发明涉及一种用于使用采样和保持阵列收集具有不同时间分辨率的被采样数据的方法，所述采样和保持阵列包括并联布置的多个采样和保持块，并且每个采样和保持块包括一个或多个采样和保持单元，所述采样和保持阵列进一步包括时钟和定时电路，所述时钟和定时电路被布置用于设置可适配的时间延迟以对每个采样和保持块实现采样和采样相位，所述方法包括：

-接收第一电压信号，

-使用由所述时钟和定时电路设置的第一时间延迟值和第一相位值在所述多个采样和保持块中的第一采样和保持块中以及使用由所述时钟和定时电路设置的第二时间延迟值和第二相位值在所述多个采样和保持块中的第二采样和保持块中采样和存储所述第一电压信号，从而产生第一组存储样本，

-接收第二电压信号，

-使用由所述时钟和定时电路设置的第三时间延迟值和第三相位值在所述多个采样和保持块中的所述第一采样和保持块中以及使用由所述时钟和定时电路设置的第四时间延迟值和第四相位值在所述多个采样和保持块中的所述第二采样和保持块中采样和存储所述第二电压信号，从而产生第二组存储样本，由此所述第三时间延迟值和所述第四时间延迟值比一个采样时钟周期大，

-收集在先前步骤中获得的所述第一组存储样本和所述第二组存储样本，并且取决于所述时间延迟值和相位值将所述存储样本划分成不同分辨率的部分。

在一个实施例中，所述第一时间延迟值和所述第二时间延迟值在采样和存储所述第一电压信号的步骤中是相等的。

在一个实施例中，所述第三时间延迟值和所述第四时间延迟值在采样和存储所述第二电压信号的步骤中是不同的。

有利地，该方法包括对被采样数据进行平均，其中所述第一电压信号和所述第二电压信号的所述接收、采样和存储被重复多次。

在实施例中，所述方法包括从所收集的被采样数据确定物体的距离。

在又另一个方面，本发明涉及一种用于使用采样和保持阵列收集具有不同时间分辨率的被采样数据的方法，所述采样和保持阵列包括并联布置的多个采样和保持块，并且每个采样和保持块包括一个或多个采样和保持单元，所述采样和保持阵列进一步包括时钟和定时电路，所述时钟和定时电路被布置用于设置可适配的时间延迟以对每个采样和保持块实现采样、采样相位和采样频率，所述方法包括：

-接收第一电压信号，

-使用由所述时钟和定时电路设置的第一采样频率值、第一时间延迟值和第一相位值在所述多个采样和保持块中的第一采样和保持块中以及使用由所述时钟和定时电路设置的第二采样频率、第二时间延迟值和第二相位值在所述多个采样和保持块中的第二采样和保持块中采样和存储所述第一电压信号，从而产生第一组存储样本，

-收集所述第一组所获得的存储样本，由此取决于所述采样频率值、所述时间延迟值和所述采样相位值，所述存储样本能够被划分成不同时间分辨率的部分。

出于对本发明以及相对现有技术所实现的优势加以总结的目的，上文已描述了本发明的某些目的和优势。当然，应理解，不一定所有此类目的或优势都可根据本发明的任意特定实施例而实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本发明可按实现或优化本文所教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或执行，而不一定要实现本文可能教导或建议的其他目的或优势。

参考本文以下描述的(多个)实施例，本发明的上述和其他方面将是显而易见的和可阐明的。

附图说明

现在将作为示例参考附图进一步描述本发明，附图中相同的附图标记指代各附图中的相同元素。

图1图示了典型的LIDAR系统组成。

图2图示了根据本发明的应用在LIDAR系统中的采样和保持电路的实施例。

图3图示了单个采样和保持块的可能实现。

图4图示了采样和保持单元的可能实现。

图5图示了具有各种分支的采样时刻的时间线。

图6图示了其中采样频率也是适配的采样和保持电路的实施例。

图7图示了其中采样频率是适配的采样和保持电路的另一个实施例。

具体实施方式

将针对具体实施例并参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此且仅由权利要求书来限定。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的元素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应当理解，如此使用的这些术语在合适情况下是可互换的，并且本文中描述的本发明的实施例能够以除了本文中描述或说明的之外的其他序列来操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件，或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由部件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关部件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部引用同一实施例，而是可以引用同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如从本公开中将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开并辅助对各个发明性方面中的一者或多者的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入该具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

应当注意的是，在描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应当用来暗示该术语在本文中被重新定义以受限于包括与所述术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。

为了克服现有技术中遇到的上述限制，本发明提出了一种采样和保持电路，其提供了配置多个参数的各种选项。

图2中提供了所提出的采样和保持电路(100)的实施例的块图。在图2的特定和非限制性情况下，本发明的采样和保持电路被应用在LIDAR系统中。时钟和定时电路(109)生成触发信号，该触发信号发射来自光源(112)的光脉冲。光脉冲被物体反射，且反射光脉冲(121)由光电二极管(101)检测。光电二极管和放大器(103)，典型地具有反馈电阻器(105)的跨阻抗放大器，将反射的光脉冲转换成瞬态电压信号，该信号被馈送到本发明的采样和保持电路(100)。这是经由运算放大器104的负端子来完成，在图2所示的实施例中运算放大器104在其正端子处接收恒定电压(106)作为参考信号。替代地，该正端子可以附接到地。电路中的缓冲器(107)复制该模拟电压信号并驱动多个不同的采样和保持(S/H)块(108)。S/H块的最小数量是二，但是在图2所图示的非限制性示例中使用了四个块。

图3示出了包含多个S/H块(108)的采样和保持阵列的实施例。每个S/H块(108)包括一个或多个采样-保持单元(130)。写入和读出操作由开关块(140)控制，该开关块(140)实现操作被引导到哪个单独的单元的控制。利用不同类型的开关配置实现开关块(140)的不同方式是本领域技术人员已知的。单元可以例如经由将每个元件的输入节点134连接在一起的单个线被连接到输入。另一个选项是将此结构构建为多路复用器。模数转换器ADC(113)可以通过开关块(140)被连接到阵列。在读出期间，ADC输出被发送到数字处理块(114)。

图4图示了单独的S/H单元(130)的功能。S/H单元(130)可以包括写入开关(133)和读出开关(131)以及存储元件(132)，其在图4中表示为电容器。原则上，当在S/H块的输入(134)处的值被采样到存储元件(132)时，开关(133)闭合。当在存储元件(132)中的值被读出到块输出(135)时，开关(131)闭合而开关(133)打开。

本发明的采样和保持电路的核心部件是时钟和定时电路(109)。该电路被布置用于生成到块(108)的单独的S/H单元(130)的定时信号。定时信号确定采样和保持块在其处对接收到的电压信号进行采样的时间。用户可以通过设置至少两个参数来配置时钟和定时电路以确定采样时刻。第一个参数T_start设置延迟以实现采样操作，该延迟相对于发射光脉冲时的时间T0。第二个参数T_phase设置实际采样相位。通过适当地设置这些参数，可以从该至少两个并行的采样和保持块获得具有不同分辨率的样本数据。如此获得的信息接下来可以被用于例如在距离确定中，其中在近场中比在更远的场中实现更高精度的测量。

作为示出如何可以配置用于写入的定时信号的示例，考虑用具有稍微不同的相位时钟的每个S/H块(108)正在同时地采样的电压信号，使得对于相对较短的时间段实现非常高的采样率。在第二次运行中，定时信号被配置为使用相同的相位时钟顺序地对电压信号进行采样，使得可以以低采样率对相对长的时间段进行采样。然后可以组合这两组被采样数据以创建单个数据组，该数据组在需要高采样率的部分中以高采样率覆盖大的时间段。因此，在该示例中，仅使用两个采样运行来收集该整体数据组。采样运行描述了使用相同配置重复的一组采集。

在上面的示例中，在第一次采样运行中，例如用所有S/H块同时地采样(仅具有相位时钟的差异)获得反射信号的100次采集，并且在第二次采样运行中，利用所有S/H块顺序地采样获得反射信号的100次采集。在典型的实施例中，数字处理块114然后应用例如对相同数据的若干个样本进行平均以降低噪声。由于使用相同的配置来执行单个采样运行，所以可以容易地执行所需要的平均。

在下面的进一步描述中使用更多示例来详细说明时钟和定时电路的配置能力。

如已经提到的，在最小设置中，系统仅包括两个并行分支，每个分支包含缓冲器(107)和采样和保持块(108)。现在考虑这种具有两个分支的采样和保持电路。实现本发明的采样和保持系统，使得用户可以配置系统以忽略不需要的数据点并改善帧速率。时钟和定时电路被布置成对于每个施加的信号(即对于每个采样运行)将用户设置的延迟和相位传递到第一采样和保持块，并且将可能不同的延迟和相位传递到第二采样和保持块。以这种方式，可能具有被采样数据组，其中某个数据部分与另一个数据部分相比具有另一个分辨率。

具有两个并行分支的采样和保持电路可以被配置为如下操作：

1.在时间T_L1处发射传输信号之后，接收信号的幅度被采样且同时地被存储在两个采样和保持块中，如下所示：

a.SH0采样时间＝T_L1+m*SP；其中m＝0,1,2…M_part,M_part＝N_full/2

b.SH1采样时间＝T_L1+1*SP/2+m*SP＝T_L1+(2m+1)*SP/2

c.将存储在单元(130)中的信号应用到A/D转换器(113)

2.在时间T_L2处发射第二传输信号之后，接收信号幅度被采样且同时地被存储在两个采样和保持块中，如下所示。注意到T_L2不一定等于T_L1+SP*M_part。事实上可以存在一些额外的延迟。

a.SH0采样时间＝T_L2+1*del+m*SP,其中m＝0,1,2…M_part且del＝SP*M_part

b.SH1采样时间＝T_L2+2*del+m*SP

c.将存储在单元(130)中的信号应用到A/D转换器(113)

在第一次采样运行中获得的样本具有最高分辨率(＝SP/2)。这是通过利用电路中存在并行分支来实现。在第二次运行中获得的样本具有一半分辨率(＝SP)。因此，获得两个范围，其中与第一范围相比第二范围中的分辨率减半。如先前已经被提到，在优选实施例中，执行平均步骤，其中上述两个步骤被重复多次。

现在考虑另一个示例。典型的LIDAR应用对于靠近检测器的物体可能需要非常好的距离分辨率，但对于距检测器中远距离处的物体可能需要较低的分辨率。在该示例中考虑的检测器现在具有四个S/H块(108)，其中采样和保持单元(130)的总数等于N_full。每个S/H块包括M_part个单元。采样和保持电路可被配置为如下地收集数据：

1.在时间T_L1处发射第一光脉冲之后，反射信号的幅度被采样且同时地被存储在四个采样和保持块中，如下所示：

a.SH0采样时间＝T_L1+m*SP；其中m＝0,1,2…M_part,M_part＝N_full/4

b.SH1采样时间＝T_L1+1*SP/4+m*SP＝T_L1+(4m+1)*SP/4

c.SH2采样时间＝T_L1+2*SP/4+m*SP＝T_L1+(4m+2)*SP/4

d.SH3采样时间＝T_L1+3*SP/4+m*SP＝T_L1+(4m+3)*SP/4

e.读出所有单元(130)至A/D转换器(113)

2.在时间T_L2＝T_L1+SP*M_part处发射第二光脉冲之后，反射信号幅度被采样且同时地被存储在四个采样和保持块中，如下所示：

a.SH0采样时间＝T_L2+1*del+m*SP,其中m＝0,1,2…M_part且del＝SP*M_part

b.SH1采样时间＝T_L2+1*del+SP/2+m*SP

c.SH2采样时间＝T_L2+2*del+m*SP

d.SH3采样时间＝T_L2+3*del+m*SP

e.读出至A/D转换器(113)

3.步骤1和2可以各自被重复多次以允许信号平均。

4.被收集的数据现在可以被组合以创建等于在以下时间处被采样的信号的数据组：

a.近场范围(0到1*del):T₀+m*SP/4；m＝0,1,2,…,4*M_part

b.中场范围(1*del到2*del):T₀+m*SP/2；m＝0,1,2,…,2*M_part

c.远场范围(2*del到4*del):T₀+m*SP；m＝0,1,2,…,2*M_part

其中T0指代用于组合来自不同运行的数据的参考时间点。更一般地，它是等于发射脉冲的时间的时间点，其中可能考虑固定偏移。在该示例中，T₀等于T_L1。在该示例中，为近场范围提供全分辨率，为中场范围提供半分辨率，并且为远场范围提供1/4分辨率。这对于大多数应用是足够的，因为当物体很远时不需要全分辨率。此外，由于较少的数据被收集，帧速率比在常规方案中所需要的快两倍，即只需要两次采样运行而不是四次。在该实现中，该多个采样和保持块108中的采样和保持块i在由以下定义的时间处采样：

SHi采样时间＝T_L+Δt_start,i+Δt_phase,i+m*SP

其中Δt_phase,i被定义为J*SP/K，其中J和K两者都是常数，并且Δt_start,i指代应用于具有索引i的采样和保持块的延迟。因此，在时钟和定时电路(109)中适当地设置参数Δt_start,i和Δt_phase,i足以实现这一点。

图5示出了具有N_ful1＝16的数量的先前示例。顶部时间线示出了采样周期SP。中间的图示出了第一次采样运行的采样时刻。在该采样运行中，第一采样发生在t＝T_L1，并且该样本被读取到SH0块等。图5底部的图描绘了第二次采样运行并且还有样本被读取到哪些采样块。

到目前为止所提出的实施例允许用户在每个采样运行期间为每个采样和保持块(108)定义参数Δt_start,i和Δt_phase,i。这允许将系统配置为对于每个距离范围的所期望多的或所期望少的分辨率。例如，用户可以通过选择在每个距离处的最小分辨率来针对最大帧速率配置系统。当检测到物体时，可以在物体距离处针对最大分辨率配置系统且在其他每个地方处针对最小分辨率配置系统以保持帧速率。

另外，本发明的解决方案允许针对每个距离优化所获取的用于平均的样本的数量。例如，由于靠近检测器的物体具有较大的幅度反射，所以需要获取较少的样本以实现足够的SNR。所以，以上步骤1中收集的样本可以被设置为累积50个样本而不是100个样本，以进一步改善帧速率。这不会影响在中远程范围处收集的样本数量。注意到，这与传统的实现形成对比，在传统的实现中，在相同的采集中收集近范围、中范围和远范围的数据，使得不可能针对每个范围具有不同数量的样本。事实上，步骤2中的样本数量可以增加到150，以进一步改善在长距离处的灵敏度。已经提到的图1图示了在距检测系统(200)的不同距离处存在物体的典型情况。

除了在每个光脉冲之后用于每个采样和保持块(108)的参数Δt_start和Δt_phase之外，进一步可以通过指示所使用的光脉冲的数量L和对于每个光脉冲重复数据收集过程的次数A(x)来定义配置：

Δt_start(1,1)＝在第一光脉冲之后，对于第一块108的开始时间

Δt_phase(1,1)＝定义在第一光脉冲之后用于第一块108的时钟相位

Δt_start(2,1)＝在第一光脉冲之后，对于第二块108的开始时间

Δt_phase(2,1)＝定义在第一光脉冲之后用于第二块108的时钟相位

Δt_start(3,1)＝在第一光脉冲之后，对于第三块108的开始时间

Δt_phase(3,1)＝定义在第一光脉冲之后用于第三块108的时钟相位

Δt_start(4,1)＝在第一光脉冲之后，对于第四块108的开始时间

Δt_phase(4,1)＝定义在第一光脉冲之后用于第四块108的时钟相位

Δt_start(1,2)＝在第二光脉冲之后，对于第一块108的开始时间

Δt_phase(1,2)＝定义在第二光脉冲之后用于第一块108的时钟相位

Δt_start(2,2)＝在第二光脉冲之后，对于第二块108的开始时间

Δt_phase(2,2)＝定义在第二光脉冲之后用于第二块108的时钟相位

…对于被使用的每个光脉冲以此类推。

通过调整这些参数，用户可以在光脉冲之后对于任何时间段改变有效采样率。例如，如果用户想要对于传感器附近的物体具有非常高的分辨率，则可以如上面图5中所描述地配置系统。该配置为对应于附近物体的时间段提供最大分辨率，并且为更远的物体提供较小分辨率以优化帧速率。

作为另一个示例，如果用户知道在对应于飞行时间T_obj的距离处存在感兴趣物体，则可以如下配置采样和保持电路以以非常高的帧速率提供感兴趣物体的高分辨率扫描：

●L＝1，即单个光脉冲

●Δt_start(1,1)＝Δt_start(1,2)＝Δt_start(1,3)＝Δt_start(1,4)＝T_obj

●Δt_phase(1,1)＝0,Δt_phase(1,2)＝SP/4,Δt_phase(1,3)＝2*SP/4,Δt_phase(1,4)＝3*SP/4

·A(1)＝100

进一步的示例可以是下面的示例。用户可以配置系统以为远离传感器的物体提供大量的平均以降低噪声。可以对返回信号更强的传感器附近的物体使用少量的平均以优化帧速率：

●L＝4，四个光脉冲

●Δt_start(1,1)＝0,Δt_start(1,2)＝10,Δt_start(1,3)＝20,Δt_start(1,4)＝30

●Δt_phase(1,1)＝Δt_phase(1,2)＝Δt_phase(1,3)＝Δt_phase(1,4)＝0

●A(1)＝20,A(2)＝40,A(3)＝80,A(4)＝200

应该清楚许多其他配置是可能的。

该配置由在每个光脉冲期间用于每个S/H块的参数Δt_start、Δt_phase定义。另外，次数可以被定义为对于每个光脉冲重复该过程以对用于每个部分的平均建模。这可以由用户在操作期间进行配置。它允许用户对于不同场景优化系统。

在再次应用于LIDAR系统的采样和保持电路的另一个实施例中，通道中的一个(例如输入TIA或缓冲器(107)中的一个)被配置为用于脉冲位置的积分器。基于积分器的模拟前端(AFE)可以潜在地具有更高的有效跨阻。积分器电容器的噪声被视为仅恒定的偏移(ktC)，并且因此不使时间噪声性能劣化。

在输入处接收到的短光脉冲在积分器输出上表现为电压阶跃。可以使用积分器输出的低分辨率样本检测此输出步骤。因此，基于积分器的模拟前端提供用于检测短脉冲的装置，即使它落在采样时刻之间。因此可以放宽采样率要求。一旦大致地识别出脉冲的位置，高采样率但短存储器采样器对迹线进行“局部”采样以允许精确的峰值位置。

积分放大器的一个问题是大信号可以使放大器输出饱和并阻止检测其他信号。在另一个实施例中，积分器可以用少量线性反馈制成，该线性反馈随时间将输出返回到0。这种配置帮助阻止大信号使放大器输出饱和，并且在存在大的近场信号时改善信号的检测。

进一步的示例可以是下面的示例。用户可以将系统配置为提供高帧速率，其中对于传感器附近的物体具有中等分辨率，并且对于距传感器中远范围处的物体具有低分辨率：

●L＝1，单个光脉冲

●Δt_start(1,1)＝0,Δt_start(2,1)＝0,Δt_start(3,1)＝10,Δt_start(4,1)＝20

●Δt_phase(1,1)＝0,Δt_phase(2,1)＝SP/2,Δt_phase(3,1)＝0,Δt_phase(4,1)＝0

●A(1)＝50

在进一步的实施例中，采样和保持电路的时钟和定时生成器(109)不仅可以适配对于每个采样和保持块的时间延迟Δt_start和相位Δt_phase，还可以适配采样频率。采样和保持电路的这种实施例的方案在图6中示出。在该实施例中，多频时钟源115提供多个时钟频率供定时块109使用。时钟源115可以被实现为具有可变频率的多个时钟源，或者被实现为具有用于生成时钟频率的范围的多个分频器的单个时钟源。

使频率也作为参数打开了使用采样和保持电路的进一步的选项。作为第一个示例，考虑具有最少为两个并行分支(“通道0”和“通道1”)的采样和保持电路。单元的总数仍为N_full。在通道0中，每个SP秒获得M_part个样本，因此f_samp＝1/SP，具有适当设置的参数：

T_L1+m*SP；其中m＝0,1,2…M_part,M_part＝N_full/2

注意到，样本覆盖N_full x SP/2秒的时间间隔。

在通道1中，还获得M_part个样本，但是其中例如在两个样本之间具有2*SP，即在所使用的采样频率的一半处：

T_L1+N_full x SP/2+m*2*SP；其中m＝0,1,2…M_part,M_part＝N_full/2

被通道1的样本覆盖的时间间隔等于N x SP秒。

在该示例中，需要为通道1设置Δt_start＝T_L1+N_full x SP/2和Δt_phase＝2SP。进一步，采样频率对于通道0被设置为1/SP并且对于通道1被设置为1/(2*SP)。因此，两个通道的样本覆盖等于N_full x SP x 3/2的总时间间隔。

样本接下来被读出至A/D转换器(113)。

然后，该方法允许(优选地在平均之后)区分近场范围(0到N_full x SP/2)和中场范围(N_full x SP/2到N_full x SP x 3/2)。该示例图示使用其中可以调节采样频率的采样和保持电路的实施例，人们甚至可以使用单次运行收集导致具有不同分辨率的结果的数据。该示例还图示了该实施例可以在更长的时间段上对输出进行采样，这给予系统对于给定数量的采样和保持单元更长的有效范围。

图6中示出了示例性实现。块115提供具有不同频率的多个时钟。每个分支可以被配置为使用时钟源中的一个时钟源，使得可以为每个分支选择不同的时钟频率。在这种配置中，每个分支中使用的时间延迟Δt_phase和Δt_start必须从由该分支使用的时钟频率导出。由于每个分支的Δt_start必须是该分支中使用的时钟周期的偶数倍，所以分支之间的数据中可能存在间隙。这可以通过设置Δt_start来管理以使得数据组重叠。这确保在被收集的数据中没有间隙。

在图7中示出了另一个实现示例，其中使用了单个源时钟且分频器改变用于每个分支的时钟频率。

尽管已经在附图和前面的描述中具体地解说和描述了本发明，但是此类解说和描述被认为是解说性的或者示例性的而非限制性的。前面的描述具体说明了本发明的某些实施例。然而，应当理解，不管以上在文本中显得如何详细，本发明可以其他方式实现。本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员可在实践要求保护的发明时理解和实施所公开实施例的其他变体。在权利要求中，单词包括摂不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除复数。单个处理器或其他单元可履行权利要求书中所述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可被存储/分布在合适的介质(诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质)上，但也可以其他形式(诸如经由因特网或者其他有线或无线电信系统)来分布。权利要求中的任何引用符号不应被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种采样和保持电路，包括并联布置的多个采样和保持分支，并且每个采样和保持分支包括缓冲器和包括一个或多个采样和保持单元的采样和保持块，所述采样和保持电路进一步包括时钟和定时电路，所述时钟和定时电路被布置用于针对每个采样和保持块设置可适配的时间延迟以实现采样，并且用于针对每个采样和保持块设置指示所述采样实际上在采样时钟周期内的何时发生的可适配的采样相位，由此至少一个采样和保持块的时间延迟能够被设置为比一个采样时钟周期大的值。

2.根据权利要求1所述的采样和保持电路，其中所述时钟和定时电路还被布置用于适配被应用在所述多个采样和保持分支中的采样和保持分支的所述采样和保持块中的采样频率。

3.根据权利要求1所述的采样和保持电路，其中所述时钟和定时电路被布置用于使用所述时间延迟和所述采样相位设置要被执行的多个迭代。

4.根据权利要求1所述的采样和保持电路，其中所述时钟和定时电路被布置用于设置应用到所述采样和保持电路的多个输入信号。

5.根据权利要求1所述的采样和保持电路，包括用于控制所述采样和保持单元的读和写操作的开关块。

6.根据权利要求1所述的采样和保持电路，其中每个采样和保持单元包括写入开关、读出开关和存储元件。

7.一种光检测和测距系统，包括光电二极管、放大器和根据权利要求1所述的采样和保持电路。

8.根据权利要求7所述的光检测和测距系统，包括数字处理块，所述数字处理块被布置用于对由所述采样和保持块输出的样本执行平均。

9.一种用于使用采样和保持阵列收集具有不同时间分辨率的被采样数据的方法，所述采样和保持阵列包括并联布置的多个采样和保持块，并且每个采样和保持块包括一个或多个采样和保持单元，所述采样和保持阵列进一步包括时钟和定时电路，所述时钟和定时电路被布置用于针对每个采样和保持块设置可适配的时间延迟以实现采样，并且用于设置指示所述采样实际上在采样时钟周期内的何时发生的可适配的采样相位，所述方法包括：

-接收第一电压信号，

-使用由所述时钟和定时电路设置的第一时间延迟值和第一相位值在所述多个采样和保持块中的第一采样和保持块中以及使用由所述时钟和定时电路设置的第二时间延迟值和第二相位值在所述多个采样和保持块中的第二采样和保持块中采样和存储所述第一电压信号，从而产生第一组存储样本，

-接收第二电压信号，

-使用由所述时钟和定时电路设置的第三时间延迟值和第三相位值在所述多个采样和保持块中的所述第一采样和保持块中以及使用由所述时钟和定时电路设置的第四时间延迟值和第四相位值在所述多个采样和保持块中的所述第二采样和保持块中采样和存储所述第二电压信号，从而产生第二组存储样本，由此所述第三时间延迟值和所述第四时间延迟值比一个采样时钟周期大，

-收集在先前步骤中获得的所述第一组存储样本和所述第二组存储样本，并且取决于所述时间延迟值和相位值将所述存储样本划分成不同分辨率的部分。

10.根据权利要求9所述的用于收集被采样数据的方法，由此在采样和存储所述第一电压信号的步骤中，所述第一时间延迟值和所述第二时间延迟值是相等的。

11.根据权利要求9所述的用于收集被采样数据的方法，由此在采样和存储所述第二电压信号的步骤中，所述第三时间延迟值和所述第四时间延迟值是不同的。

12.根据权利要求9所述的用于收集被采样数据的方法，包括对所述被采样数据进行平均，其中所述第一电压信号和所述第二电压信号的所述接收、采样和存储被重复多次。

13.根据权利要求9所述的用于收集被采样数据的方法，包括从所收集的被采样数据确定物体的距离。

14.一种用于使用采样和保持阵列收集具有不同时间分辨率的被采样数据的方法，所述采样和保持阵列包括并联布置的多个采样和保持块，并且每个采样和保持块包括一个或多个采样和保持单元，所述采样和保持阵列进一步包括时钟和定时电路，所述时钟和定时电路被布置用于针对每个采样和保持块设置可适配的时间延迟以实现采样，并且用于设置指示所述采样实际上在采样时钟周期内的何时发生的可适配的采样相位，所述方法包括：

-接收第一电压信号，

-使用由所述时钟和定时电路设置的第一采样频率值、第一时间延迟值和第一相位值在所述多个采样和保持块中的第一采样和保持块中以及使用由所述时钟和定时电路设置的第二采样频率、第二时间延迟值和第二相位值在所述多个采样和保持块中的第二采样和保持块中采样和存储所述第一电压信号，从而产生第一组存储样本，

-收集所述第一组获得的存储样本，由此取决于所述采样频率值、所述时间延迟值和所述采样相位值，所述存储样本能够被划分成不同时间分辨率的部分。