电子电路和包括这种电子电路的飞行时间传感器

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电子电路和包括这种电子电路的飞行时间传感器
申请号	CN201780067432.6	申请日	2017-09-18	公开(公告)号	CN109964539A	公开(公告)日	2019-07-02
申请人	法雷奥舒适驾驶助手公司;			发明人	J.库伊劳尔特; P.格拉茨尔;
摘要	一种电子电路，包括至少一个辐射发射元件(2)；电流调节器(12)，具有电流产生端子(O)；以及测量元件(14)，产生表示流过其中的电流的信号(Vmes)。开关(6)由调制信号(M)控制，以便连续地打开和关闭通过电流产生端子(O)、辐射发射元件(2)和测量元件(14)的电路径。转换电路(16)还介于测量元件(14)和电流调节器(12)之间，以便将代表信号(Vmes)转换成用于调节端子(Reg)的平滑信号(S)。还提供了一种包括这种电子电路的飞行时间传感器。
权利要求	1.一种电子电路，包括至少一个辐射发射元件(2)，其特征在于：-电流调节器(12)，具有调节端子(Reg)和连接到辐射发射元件(2)的电流产生端子(O)； -测量元件(14)，产生表示流过其中的电流的信号(Vmes)； -开关(6)，由调制信号(M)控制，以便连续地打开和关闭通过电流产生端子(O)、辐射发射元件(2)和测量元件(14)的电路径，以及-转换电路(16)，介于测量元件(14)和电流调节器(12)之间，并且设计成将代表信号(Vmes)转换成用于调节端子(Reg)的平滑信号(S)。 2.如权利要求1所述的电子电路，其中，所述发射元件是发光二极管(2)。 3.如权利要求1或2所述的电子电路，其中，由所述发射元件(2)发射的辐射是红外辐射。 4.如权利要求1至3中任一项所述的电子电路，包括在电路径上串联安装的多个发射元件。 5.如权利要求1至4中任一项所述的电子电路，其中，所述测量元件是电阻器(14)。 6.如权利要求1至5中任一项所述的电子电路，其中，所述转换电路是低通滤波器(16)。 7.如权利要求6所述的电子电路，其中，所述低通滤波器(16)的截止频率低于调制信号(M)的频率。 8.如权利要求1至5中任一项所述的电子电路，其中，所述转换电路是峰值检测器。 9.如权利要求1至8中任一项所述的电子电路，其中，所述调制信号(M)是周期性的，周期小于100ns。 10.一种飞行时间传感器，包括如权利要求1至9中任一项所述的电子电路。 11.如权利要求10所述的飞行时间传感器，包括接收元件(4)，其设计成在反射之后接收由辐射发射元件(2)发射的辐射。 12.如权利要求11所述的飞行时间传感器，其中，所述接收元件(4)是接收阵列。
说明书全文	电子电路和包括这种电子电路的飞行时间传感器技术领域 [0001] 本发明涉及例如在飞行时间传感器中使用的辐射发射元件的电源。 [0002] 它更具体地涉及电子电路和包括这种电子电路的飞行时间传感器。 [0003] 本发明特别有利地适用于希望获得由飞行时间传感器发射的信号的良好可重复性的情况。背景技术 [0004] 在飞行时间传感器(“ToF传感器”或“飞行时间传感器”)中，辐射发射元件比如发光二极管发射给定信号，用于在物体上反射之后由接收元件检测。因此，可以基于信号的发射与其在接收元件处的接收之间经过的时间来评估物体的距离。 [0005] 为了实现有效操作，发射的信号以高频调制。因此，必须通过由高频脉冲和相对高电平形成的电流来穿过发射元件，具有非常短的上升沿和下降沿。 [0006] 先前高频电流的这些显著变化阻止了电流调节器的使用，其调节回路的特征时间大于上述脉冲的持续时间。 [0007] 因此，经常使用电压调节的电源和将该电压转换成电流的电阻器来为辐射发射元件供电。 [0008] 然而，该解决方案涉及由于上述电阻器中的焦耳效应而导致的加热和效率损失、随温度变化的与发光二极管的电压漂移相关的电流漂移以及与发光二极管的端子处的电压在各产品之间的可变性相关的所获得的电流的不准确性。发明内容 [0009] 在本上下文中，本发明提供了一种电子电路，包括至少一个辐射发射元件；电流调节器，具有调节端子和连接到辐射发射元件的电流产生端子；测量元件，产生表示流过其中的电流的信号；开关，由调制信号控制，以便连续地打开和关闭通过电流产生端子、辐射发射元件和测量元件的电路径；以及转换电路，介于测量元件和电流调节器之间，并且设计成将代表信号转换成用于调节端子的平滑信号(无调制)。 [0010] 由于转换电路，电流调节器处的电流调节不会受到在调制信号控制下由开关引起的电流中断的影响。 [0011] 因此，这种电路用于以恒定电流为辐射发射元件供电，并且控制高频发射元件(例如设置在飞行时间传感器中的)中的电流的调制。 [0012] 发射元件例如是发光二极管；在这种情况下，发射元件发射的辐射可以是红外辐射。 [0013] 在一些实施例中，例如下面描述的实施例，可以在电路径上串联安装多个发射元件。 [0014] 测量元件实际上可以是电阻器，在这种情况下，代表电流的信号是该电阻器的端子处的电压。 [0015] 转换电路例如是低通滤波器。在这种情况下，这种低通滤波器的截止频率可以低于调制信号的频率。 [0016] 作为变型，转换电路可以是峰值检测器，或由模数转换器和处理器形成的组件。 [0017] 这种调制信号例如是周期信号，这里周期小于100ns。 [0018] 本发明还提供了一种飞行时间传感器，包括诸如上面提供的电子电路。 [0019] 这种飞行时间传感器还可以包括接收元件，比如接收阵列(包括多个像素)。然后，接收元件可以设计成在反射之后接收由辐射发射元件发射的辐射。这种飞行时间传感器形成三维相机。附图说明 [0020] 通过非限制性示例给出的以下参考附图的描述将阐明本发明采用何种形式以及如何实现。 [0021] 在附图中： [0022] -图1表示飞行时间传感器的电子电路； [0023] -图2表示在图1的电子电路中使用的第一电信号；以及 [0024] -图3表示在图1的电子电路中使用的第二电信号。具体实施方式 [0025] 飞行时间传感器，比如基于飞行时间原理的三维相机(“ToF3D相机”或“飞行时间3D相机”)，包括至少一个电磁辐射发射元件2(通常是一个或多个发射红外线的发光二极管)和电磁辐射接收元件4，比如由像素形成的接收阵列。 [0026] 由发射元件2发射的辐射E(通常通过图1中未示出的光发射系统)被辐射E路径上遇到的第一物体沿接收元件4的方向(图1中的参考R)反射。 [0027] 通过测量发射元件2提供的信号发射和接收元件4的相应信号接收之间的时间，可以评估所遇到的上述第一个物体的距离。 [0028] 在前面提到的接收元件4是接收阵列的情况下，接收光学系统(比如透镜)与接收元件4相对放置，使得接收元件4的每个像素接收源自飞行时间传感器分析的立体角的特定方向的反射信号R。 [0029] 如图1中可见，控制单元5(例如微控制器)控制发射元件2发射辐射E，如下所述，然后分析由接收元件4测量的信号Li(这里用于阵列的不同像素)，以便根据上述原理，确定所遇到的第一物体的距离di(这里是面向飞行时间传感器的多个空间方向)。 [0030] 该距离di(或这些距离di)由控制单元5传输到另一电子系统(未示出)以供后者使用。 [0031] 例如，在汽车领域中，飞行时间传感器可以放置在车辆的前部，以便构建车辆的前方环境的映射和/或检测障碍物和/或评估位于前方的另一车辆的速度(通过从距离di的推导)。 [0032] 根据另一种可行的可能性，飞行时间传感器可以放置在车辆的乘客舱中(例如面向车辆的驾驶员)，并且由控制单元5确定的距离di可以在手势识别算法中使用。 [0033] 如图1所示，发射元件2由电源电路10供电(电流)。 [0034] 受控开关6也与电源电路10和发射元件2串联安装，以便能够产生(在由控制单元5产生并在图3中表示的调制信号M的控制下)由发射元件2发射的辐射E的调制。这种调制用作飞行时间传感器的操作的一部分，以便发射由接收元件4可识别的信号(在所遇到的第一物体上的反射之后)。 [0035] 电源电路10包括电流调节器12、测量元件14和转换电路，这里是低通滤波器16。 [0036] 电流调节器12包括连接到车辆电池8的端子的电源端子Valim、激活端子Enb1、调节端子Reg和输出端子O，其中输送由电流调节器12产生的电流I。 [0037] 电流调节器12设计成当在激活端子Enb1上存在预定电压时，在输出端O上输送根据调节端子Reg上存在的电压调节的电流I。 [0038] 测量元件14(这里是电阻器)与发射元件2和受控开关6串联安装在输出端子(或电流产生端子)O和电子电路的接地之间(又连接到车辆电池8的另一个端子)。 [0039] 因此，测量元件14提供代表流过该测量元件4的电流的信号(这里是测量元件14的端子处的电压Vmes)。 [0040] 该信号Vmes通过转换电路(即这里通过低通滤波器16)传输到电流调节器12的调节端子。因此，低通滤波器16在调节端子Reg上传输平滑信号S，这里限制到代表信号Vmes的低频分量。 [0041] 作为变型，转换电路16可以是峰值检测器。这样的峰值检测器还使其能够在调节端子Reg上传输平滑信号S，而没有由于在调制信号M的控制下受控开关6对电流I的调制引起的信号Vmes中存在的变化。 [0042] 根据又一变型，转换电路16可以包括模数转换器(能够将信号Vmes转换成数据序列)和处理器(能够在其输出端子之一上产生平滑信号S，其是基于上述数据序列通过数字处理产生的)。 [0043] 测量元件14、转换电路16和调节端子Reg形成电流调节器12的调节回路或反馈回路，用于在输出端子O上获得预定电流I。 [0044] 刚刚描述的电子电路的操作如下所述。 [0045] 为了通过发射元件2发射辐射E的突发，控制单元5周期性地(以周期T1)命令电流调节器2的激活达预定的持续时间t0，这里通过在电流调节器12的激活端子Enbl上施加相应的信号B(如图2所示，由持续时间t0和周期T1的周期性电压阶跃形成)。因此t0 [0046] 在电流调节器12的这些激活范围期间，控制单元5还将已经提到的调制信号M传输到受控开关6的控制端子，以允许(连续地和重复地)根据调制信号M(其示例在图3中表示)打开和关闭受控开关6。 [0047] 调制信号M例如是周期T2的周期性方波信号，通常T2<0.1.t0(因此T2<0.1.T1)。在这方面应注意，图3纯粹是说明性的，并不代表刚刚描述的情况(其中持续时间t0的每个突发包括调制信号M的至少10个脉冲)。 [0048] 实际上，持续时间t0例如在50μs和600μs之间。时段T1又可以在1ms和4ms之间，而时段T2例如在20ns和100ns之间。 [0049] 由于通过调制信号M控制受控开关6，所以当调制信号M处于高电平(即在该调制信号M中形成的脉冲期间)的时刻，电流I(由电流发生器12产生)仅在发射元件2(或多个发射元件)中流动。 [0050] 为了获得特别有效的操作，调制信号M的上升沿和下降沿具有短持续时间。 [0051] 因此，获得了如上所述操作飞行时间传感器所需的辐射E。 [0052] 然而，由于低通滤波器16，在电流调节器12的调节端子Reg上接收的信号S不包括代表信号Vmes中存在的并且由于在调制信号M的频率处电流I的中断而导致的急剧变化。 [0053] 在这方面，低通滤波器16通常具有介于1/t0和1/T2之间的截止频率(即低于调制信号的频率1/T2)，例如介于20kHz和50MHz之间。 [0054] 因此，电流调节器12对电流I的调节(通过调节回路或包括测量元件14、低通滤波器16和调节端子Reg的反馈回路)尽管由受控开关6引起的发射元件2中的电流强度的快速变化以为了飞行时间传感器的操作所需的调制但仍能正确地操作。 [0055] 注意，在标称操作中(电流I已达到设定点)，当电流I在测量元件14中流动时，低通滤波器的输出信号S仅对应于代表信号Vmes的一部分(代表信号Vmes在其余时间为零)。在定义调节回路时(例如通过按比例增加形成测量元件14的电阻器的值)来考虑这种情况，以便在突发期间存在该电流I的预定中断的情况下获得电流控制器12的输出处的设定点电流I。