时间数字转换器使激光测距仪的精度更高一层

激光测距仪正朝着小型、低功耗和高精度方向发展。而一般的激光脉冲法测量距离要么是测量距离不能满足测量需求，要么就是测量的精度达不到要求，测量精度一般是在±1米左右，测量盲区一般是15米左右。而世强代理的ACAM TDC产品GP22，最大可测量几公里的距离的同时亦能满足高精度的测量，精度最高到达几mm。

一、测量原理

基于GP22的激光测距仪的原理如下图所示，通过GP22发出一脉冲信号的同时记录此刻时间t1，激光发射器发出激光经过目标物体反射到激光接收器，GP22接收到激光接收器转换的电信号时记录此刻时间t2。那么激光飞行的时间为TOF = t2 – t1

图1 测量原理图

激光能够通过目标物体反射回来，所有光线通过两倍的实际距离。所以我们得出：

根据该公式可得出激光飞行的时间和距离：

时间	距离
66.67us	10km
2.4us	360m
6.6us	1m
66ps	10mm
10ps	1.5mm
6.6ps	1mm

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 90 ps ，它相当于 13.5 mm 距离。 通过平均可以提高分辨率到 < 10 ps or < 1.5 mm。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。

二、GP22特性

1、测量范围一

● 测量范围从 3.5 ns 到 2.0 μs (0 到 2.0 μs 在不同的Stop 通道之间)

● Typ.90 ps 分辨率 rms (13.5 mm)

● 可以通过平均来达到更好的分辨率

● 直到每秒 500,000 次测量

● 20 ns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

2、测量范围二

● 相对于一个开始通道，一个stop 通道。

● 典型22 ps / 45 ps / 90 ps 分辨率

● 测量范围从 2 x Tref 到 4 ms @ 4MHz

● 2 xTref 脉冲对分辨率

● 3 个综合采样能力, 完全的自动校准

● 可选择上升沿/下降沿触发

● 集成的可编程窗口，每个Stop 精度10 纳秒

3、脉冲发生器最多可发 127 个脉冲

4、上升 和/或 下降沿触发

5、高精度stop屏蔽窗口设置

6、低功耗 32 kHz 振荡器 (500 nA)

7、7x32 位 EEPROM

三、应用于测距仪

根据GP22的两个测量范围特性，可以选择不同的测量量程来实现不同测量距离的激光测距仪。

1、TDC-GP22测量范围一：测量范围从 0 到 300m，典型应用: 手持激光测距仪：可以达到 300 m， 声速枪。框架图如下：

图2 短距离测量框图

2、TDC-GP22测量范围二：测量范围从 75 米到公里级别。提供远距离测量，可以到几公里，但是它的测量范围下端受限。 测量模式2需要最小2*Tref 在Start 和Stop1 之间。典型应用: 长距离测距仪(狩猎，高尔夫，测仪器)。框架图如下：

图3 远距离测量框图

对于2个测量量程的应用，因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Stop2。如图中的虚线所示。