脉冲延时发生器

技术领域

本公开涉及电学技术领域，尤其涉及电路领域，具体涉及一种脉冲延时发生器。

背景技术

脉冲延时发生器是一种广泛使用的电路器件。期望一种精度更高更加可靠的脉冲延时发生器。

在此部分中描述的方法不一定是之前已经设想到或采用的方法。除非另有指明，否则不应假定此部分中描述的任何方法仅因其包括在此部分中就被认为是现有技术。类似地，除非另有指明，否则此部分中提及的问题不应认为在任何现有技术中已被公认。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种脉冲延时发生器，包括：脉冲延时电路，用于获得未经补偿的延时脉冲：脉冲抖动测量电路，用于获得与所述未经补偿的延时脉冲有关的脉冲抖动测量值；以及脉冲补偿电路，所述脉冲补偿电路包括模数转换器和数字延时器，其中，所述模数转换器用于将所述脉冲抖动测量值转换成脉冲抖动数字信号，并且所述数字延时器用于基于所述未经补偿的延时脉冲和所述脉冲抖动数字信号，获得经补偿的延时脉冲。

根据本公开的一个或多个实施例，可以获得更加可靠的脉冲延时发生器。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于例示的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。

图1是相关技术中的脉冲延时发生器的示意性电路图；

图2是图示出根据本公开示例性实施例的脉冲延时发生器的示意性电路图；

图3是图示出脉冲抖动补偿的基本原理的示意图；

图4是图示出根据本公开的另一示例性实施例的脉冲延时发生器的示意性电路图；

图5是图示出根据本公开示例性实施例的数字补偿电路的示意性电路图；

图6是图示出根据本公开示例性实施例的脉冲抖动测量电路的示意性电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本公开中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。

在本公开中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。

将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。

诸如“在…下面”、“在…之下”、“较下”、“在…下方”、“在…之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在…之下”和“在…下方”可以涵盖在…之上和在…之下的取向两者。诸如“在…之前”或“在…前”和“在…之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”包括仅A、仅B、以及A和B两者。

将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。然而，在任何情况下“在…上”或“直接在…上”都不应当被解释为要求一个层完全覆盖下面的层。

本文中参考本公开的理想化实施例的示意性图示(以及中间结构)描述本公开的实施例。正因为如此，应预期例如作为制造技术和/或公差的结果而对于图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当被解释为限于本文中图示的区的特定形状，而应包括例如由于制造导致的形状偏差。因此，图中图示的区本质上是示意性的，并且其形状不意图图示器件的区的实际形状并且不意图限制本公开的范围。

除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此定义。

下面将结合附图详细描述本公开的实施例。

图1是相关技术中的脉冲延时发生器100的示意性电路图。如图1所示，使用模拟电路进行延时和补偿。由于输入的触发脉冲和系统时钟之间存在相位差，需要通过脉冲抖动测量电路对抖动进行测量，并在数字延时结束之后通过脉冲补偿电路进行补偿，最终输出相对于输入触发信号没有抖动的补偿后延时脉冲信号。在脉冲延时发生器的设计中，模拟电路存在漂移、老化、漏电、受温度湿度等影响大等问题。

示例性地，由于峰值保持电路为纯模拟电路设计，使用电容存储电荷的形式保持测到的电压，电容长时间保持电压会由于各个模拟电路的漏电导致保存的峰值电压不准确，进而导致后面的脉冲补偿电路不准确。

示例性地，由于脉冲补偿电路只能作用与脉冲的上升沿或者下降沿，无法同时补偿，因此对于上升沿和下降沿都有严格要求的系统，需要两套脉冲补偿电路分别对上升沿和下降沿进行补偿。

示例性地，由于使用了更多的模拟元器件，在设备使用过程中，对温度和湿度等都有较高的要求，设备稳定性较低，所使用元器件更多，调试更加困难，体积更大。

示例性地，由于模拟信号在传输过程中，其抗干扰能力和对电源纹波的抵抗能力更低，会产生无法消除的较大系统误差，设备精度无法做到非常高。

在相关技术中，像增强器、条纹管等由于其超快的响应速度和超高时间分辨率广泛应用于距离选通激光雷达和三维成像激光雷达。

距离选通激光雷达可实现不同距离回波信号的选通成像，像增强器的选通响应时间不足10纳秒，这意味着同步触发信号的延时精度和抖动精度需要达到亚纳秒量级才能确保探测图像的完整性和准确性。

三维成像激光雷达是通过高速扫描电压将不同时刻返回的回波信号在空间上进行展开得到目标的轮廓信息，而扫描电压全程扫描时间最快为纳秒甚至亚纳秒，这就要求同步触发信号的延时精度和抖动精度要达到几十皮秒量级才能保证探测图像的完整和准确。

传统的高精度脉冲延时发生器设计使用纯模拟补偿延时设计方法，受温度和湿度影响漂移大，容易被电磁环境干扰，且大量使用模拟技术，设备体积相对更大，随着设备使用年限，会导致时间补偿精度产生较大漂移，只能用于实验室等温湿度相对稳定的场所。

下面将详细描述本公开的示例性实施例，其可以出于许多原因用来获益，例如，缓解或减轻这些不合期望的副作用。根据本公开的一个或多个实施例，提出一种高精度数字脉冲延时发生器的设计方法，利用数字电路技术代替传统的模拟电路技术，受温度和湿度影响小，更加稳定可靠，由于大量使用数字电路技术，更加便于集成，抗电磁干扰能力更强。

下面参考图2描述根据本公开的示例性实施例的脉冲延时发生器200的示意性电路图。参考图2，脉冲延时发生器200可以包括脉冲延时电路210、脉冲抖动测量电路220和脉冲补偿电路230。脉冲延时电路210可以用于获得未经补偿的延时脉冲。脉冲抖动测量电路220可以用于获得与所述未经补偿的延时脉冲有关的脉冲抖动测量值。脉冲补偿电路230可以包括模数(A/D)转换器231和数字延时器232。所述模数转换器231可以用于将所述脉冲抖动测量值转换成脉冲抖动数字信号。所述数字延时器232可以用于基于所述未经补偿的延时脉冲和所述脉冲抖动数字信号，获得经补偿的延时脉冲。

根据本公开的实施例所述的方法，能够获得更加可靠的脉冲延时发生器。

在相关技术中，由于使用了更多的模拟元器件，在设备使用过程中，对温度和湿度等都有较高的要求，设备稳定性较低，所使用元器件更多，调试更加困难，体积更大。模拟信号在传输过程中，其抗干扰能力和对电源纹波的抵抗能力更低，会产生无法消除的较大系统误差，设备精度无法做到非常高。

相反，根据本公开的一个或多个实施例，通过使用数字电路设计，减少了元器件数量，提高了系统可靠性，在高低温和湿度变化以及老化过程中，精度可控。

继续参考图2，根据一些实施例，所述脉冲补偿电路还可以包括锁存电路或锁存器，例如图2所示的锁存电路233。所述锁存电路可以用于基于锁存信号(未示出)对所述脉冲抖动数字信号进行锁存以获得经锁存的脉冲抖动。在这样的示例中，所述数字延时器可以用于基于所述未经补偿的延时脉冲和所述经锁存的脉冲抖动，获得所述经补偿的延时脉冲。

在这样的示例中，通过对测量值进行锁存，能够避免由于测量电路中的模拟电路的漏电等导致的测量不准问题，即使在长延时的情况下也有较好的表现。

根据一些实施例，所述脉冲抖动数字信号可以从所述模数转换器通过并口输入到所述锁存电路。在这样的示例中，通过并口输入带有锁存的触发器，能够对抖动信号进行及时锁存。

根据一些实施例，所述锁存电路可以包括反相器。

下面结合图3描述脉冲抖动补偿电路的基本原理。

如图3所示，其中描绘了示例性的系统时钟、触发脉冲、技术启动脉冲、延时后同步脉冲(未经补偿的延时脉冲)和补偿后延时脉冲之间的关系。

在设计过程中，T

在设计过程中，如果没有脉冲抖动补偿，则输出的脉冲延时T＝T

为减少输出脉冲信号相对于触发脉冲信号的抖动，需要增加补偿T

因此，通过包括反相器，可以保证抖动值与延时值的和为常数，从而保证输出脉冲的相对固定。示例性地，锁存电路可以是保持及反相器，从而能够对脉冲抖动进行锁存和反相。示例性地，反相器可以通过接在反向端来实现。

下面结合图4描述根据本公开的另一示例性实施例的脉冲延时发生器电路400的示意图。脉冲延时发生器400可以包括数字延时电路410、脉冲抖动测量电路420和数字补偿电路430，并且数字补偿电路430可以包括模数转换器431、精密数字延时器432和保持及反相器433。可以理解的是，与图2中相同的参考标号指示相同或相似的元件，并且在此不再赘述。

如图4所示，示例性地，脉冲延时发生器还可以包括逻辑电路440。所述逻辑电路440可以用于基于抖动结束信号获得用于所述锁存电路的所述锁存信号。

在这样的示例中，可以利用逻辑电路对锁存信号进行控制，从而实现更好的锁存逻辑时序。

根据一些实施例，所述锁存信号可以是对所述抖动结束信号进行延时而获得的。示例性地，抖动结束信号可以对应于图3中T

在这样的示例中，逻辑单元可以对所述抖动结束信号延时模数转换器的处理时间，例如延时2个时钟clk，以等待模数转换器处理完毕，从而对处理完成后的抖动值进行锁存。

根据一些实施例，所述经锁存的脉冲抖动可以通过并口传递给所述数字延时器。在这样的示例中，通过并口能够实现小的延时和精度转换。

根据一些实施例，所述数字延时器432可以具有皮秒级别的精度，并且可以因此被称为精密数字延时器。在这样的示例中，能够实现皮秒级别的抖动消除。延时器的精度与延时时长之间的关系将在下文结合具体的非限制性实施例进行进一步讨论。

下面参考图5描述数字补偿电路的原理。如图5所示，示出了示例性的数字补偿电路500，其中数字补偿电路500可以包括模数(A/D)转换器510、触发器电路520和精密数字延时器530。

示例性地，脉冲抖动测量电压V

示例性地，如图5所示，电路还可以包括逻辑电路540。示例性地，逻辑电路可以在检测到结束信号后开始计时，延时等待A/D转换器完成转换后，控制D触发器的锁存信号将A/D转换器转换后数值的反相值进行锁存，作为精密数字延时器的输入。

示例性地，精密数字延时器可以采用本领域技术人员能够理解或选择的器件。示例性地，其输入可以为并口10位数据，最大延时入可以为20.48纳秒，延时精度入可以为20皮秒，并且可以理解的是，以上仅为示例，并且本公开不限于此。

根据一些实施例，所述脉冲抖动测量电路可以用于基于抖动开始信号和抖动结束信号获得脉冲抖动测量值。

在这样的示例中，可以通过开始信号和结束信号，简单地测量脉冲抖动。示例性地，抖动开始信号和结束信号可以分别对应于图3中T

根据一些实施例，所述脉冲抖动测量电路可以包括电流源、储能电容和开关电路，所述开关电路可以被配置为在接收到抖动开始信号后使得所述电流源对所述储能电容进行充电，并且在接收到抖动结束信号后停止所述电流源对所述储能电容进行充电。

在这样的示例中，可以通过电容充电的方式简单地测量脉冲抖动时间，成本低，同时由于后续的数字电路，仍能够克服电容漏电等模拟电路的不利因素。

下面结合图6描述示例性的脉冲抖动测量电路的原理。如图6所示，可以采用电容充电计时的形式来实现脉冲抖动测量电路600。可以理解的是，图6的电路仅为示例，并且本公开不限于此。

如图6所示，其中S1和S2为开关，示例性地可以是高速通断开关，示例性地可以是ECL电流开关以具有高速通断的能力。R1、R2、R3、U1和Q1可以组成恒流源电路产生恒定电流，恒定电流I

下面以图6为示例描述脉冲抖动测量电路的基本工作原理。

在开始测量前，S1为导通状态，S2为导通状态。

当开始信号到来后，开关S1断开，此时恒流源以I

在结束信号到来后，开关S2变为断开态，此时储能电容储存的电压与充电时间成比例关系。

可根据测得的脉冲抖动测量电压V

继续上文的非限制性示例，在精密数字延时器最大延时为20.48nS的情况下，此时输入到延时器的数值为0x3FF，而A/D转换器的数字输出与延时器的数值是反相的，因此，当精密数字延时器的延时为最大20.48nS时，A/D转换器数值为0x000。同理，当精密数字延时器的延时为最小0nS时，A/D转换器输出数值为0x3FF。

继续上文的非限制性示例，A/D转换器的输入电压的最大值被设置为2V，此时A/D转换器输出的数值为0x3FF，对应的精密数字延时器延时值为0nS；A/D转换器输入电压的最小值为0V，此时A/D转换器输出的数值为0x000，对应的精密数字延时器延时值为20.48nS。

示例性地，设精密数字延时器的最大延时值为T

根据上述的原理描述，得到延时器的延时补偿值T

由于n为A/D转换器测量V

将(3)公式带入(2)，消除n，得到如下公式

根据(1)公式进行整理，得到T

而总的延时ΔT＝T

对(6)公式进行整理得到

其中，C

所以，可以令

此时，由于

在这样的实施例中，所述电流源的电流值可以基于所述数字延时器的最大延时值、所述模数转换器的最大输入电压值和储能电容的电容值。在这样的示例中，可以通过电流源的电流值来调节延时，换言之，即只需要保证I

示例性地，在系统设计中，I

在这样的示例中，可以通过校准电压调节电流源，从而以简单的调节方式保证输出脉冲的稳定。

返回参考图4，根据一些实施例，脉冲延时发生器还可以包括脉冲整形电路，例如图4中的脉冲整形电路450。所述脉冲整形电路可以用于基于系统时钟和触发信号输出所述抖动开始信号和所述抖动结束信号。

在这样的示例中，还可以包括用于输出开始信号和结束信号的整形电路，从而便于实现脉冲抖动的测量。

根据一些实施例，所述脉冲延迟电路可以是数字延时电路。在这样的示例中，还可以包括数字电路来获得未经补偿的延时脉冲，具有较高的精度。

根据一些实施例，所述未经补偿的延时脉冲可以是通过所述数字延时电路基于系统时钟和计数启动脉冲而获得的。

在这样的示例中，可以首先基于系统时钟和计数启动脉冲，获得未经补偿的延时脉冲，从而可以对其进行补偿和抖动消除。

根据一些实施例，所述脉冲抖动测量值可以是脉冲抖动测量电压。

在这样的示例中，可以通过模拟值进行测量，也即通过简单的、成本低的测量电路，但通过与数字补偿电路的配合，仍能够克服模拟电路所带来的各种缺点。

根据本公开的一个或多个实施例，可以代替模拟电路使用数字电路来实现脉冲延时发生器。示例性地，可以在脉冲测量电路后面接A/D转换器，然后连接到保持及反相器，最后连接到皮秒级别的精密数字延时器，从而实现更加准确的脉冲延迟发生器。

示例性地，可以去掉传统模拟电路的峰值保持电路和脉冲补偿电路，而是通过A/D转换器、保持及反相器、数字延时器等进行延时。

还可以采用下列逻辑对系统的稳定性进行验算。示例性地，在实际使用过程中系统时钟为200MHz，对触发信号的采样最多3个脉冲。

因此，可以获得脉冲抖动的最大值T

根据公式(8)得到V

根据本公开的一个或多个实施例，相对于传统的脉冲延时发生电路，能够实现以下优点中的一个或多个。

根据本公开的一个或多个实施例，可以使用全新的设计思路和计算方法，在采用较为精密(例如，皮秒级别)的数字延时器的示例情况下，理论脉冲抖动只有20皮秒，比传统模拟电路设计在精度方面更有优势。

根据本公开的一个或多个实施例，通过使用数字电路设计，减少了元器件数量，提高了系统可靠性。

根据本公开的一个或多个实施例，提供的脉冲延时发生器可以用于长延时设计，由于数字电路去掉了电压保持电路，通过数字的形式锁存延时数值，不存在电容放电导致的补偿不准确的问题。

根据本公开的一个或多个实施例，可以对输出同步脉冲的上升沿和下降沿同时进行补偿，减少了电路设计复杂度和体积，更便于集成。

根据本公开的一个或多个实施例，通过尽量使用数字电路，减少了模拟电路，在高低温和湿度变化以及老化过程中，精度可控。

根据本公开的一个或多个实施例，只需要通过对I

根据本公开的一个或多个实施例，由于使用数字电路，响应速度相比于传统模拟电路更快，由此导致的系统固有延时更短，且数字电路之间的传输相比模拟电路抗干扰能力更强，更容易实现工程化。

根据本公开的一个或多个实施例，由于测量电路所测量的延时电压被数字电路锁存住，所以即使模拟测量电路中存在例如放大器漏电等问题，也可以克服长延时带来的漏电影响。

具体的各种电路元件(包括但不限于模数转换器、锁存电路、保持及反相器、数字延时器、数字延时电路、逻辑电路、脉冲整形电路等)的具体电路配置超出了本文档的范围，并且本领域中任何已知或将来的电路配置都可以应用于本文。这些电路元件的配置可以是本领域已知的，可以利用任何已知或将来的技术来实现。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、获取，存储、使用、加工、传输、提供和公开应用等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行、也可以顺序地或以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

虽然已经参照附图描述了本公开的实施例或示例，但应理解，上述的方法、系统和设备仅仅是示例性的实施例或示例，本发明的范围并不由这些实施例或示例限制，而是仅由授权后的权利要求书及其等同范围来限定。实施例或示例中的各种要素可以被省略或者可由其等同要素替代。此外，可以通过不同于本公开中描述的次序来执行各步骤。进一步地，可以以各种方式组合实施例或示例中的各种要素。重要的是随着技术的演进，在此描述的很多要素可以由本公开之后出现的等同要素进行替换。