雷達(dá)脈沖ToF電路設(shè)計(jì)(十一)
出處:電路城 發(fā)布于:2020-01-03 16:54:41 | 1329 次閱讀
信噪比
信噪比定義為信號(hào)功率與背景噪聲(或無(wú)用信號(hào))功率的比率。
對(duì)于基于 TDC 的信號(hào)鏈,請(qǐng)謹(jǐn)慎選擇檢測(cè)閾值。當(dāng)電平超過(guò)該閾值時(shí),則表明檢測(cè)到信號(hào)。
要檢測(cè)單個(gè)事件(生成和處理單個(gè) STOP 信號(hào))時(shí),需選擇相應(yīng)的閾值,使發(fā)生誤報(bào)的幾率在系統(tǒng)性能的可接受范圍內(nèi)。
在此提醒,白高斯噪聲的即時(shí)值高于信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(也稱為 RMS 值),其值為 16%。因此,如果系統(tǒng)可以容納高于 16% 的假性 ToF 結(jié)果(通過(guò)求平均值或查看其他系統(tǒng)級(jí)別的穩(wěn)健性),則輸入閾值可以設(shè)置為背景噪聲級(jí)別的平均值加上其 RMS 值。假設(shè)背景噪聲的均值為零,下表總結(jié)了在此情況下的系統(tǒng)穩(wěn)健性。
考慮到該噪聲的白高斯特性,觸發(fā)時(shí)間將均勻分布在 0 和理論 ToF 值之間。
測(cè)量多個(gè) STOP 脈沖的功能將有助于提高穩(wěn)健性,因?yàn)榭梢跃芙^未按傳輸模式間隔的脈沖組。
檢測(cè)對(duì)象從單脈沖上升沿轉(zhuǎn)變?yōu)樗羞^(guò)零情況,這有助于進(jìn)一步提高 SNR。通過(guò)針對(duì)所有信號(hào)選擇一個(gè)任意振幅,還可以使用 Logan 設(shè)置的理論框架。SNR 高于功率比值,是振幅平方的比值。如果將任意幅度選作“1”(一),則 SNR 將變?yōu)槊}寬平方的比值:
換言之,在一定的時(shí)域內(nèi),SNR 是信號(hào)脈寬平方與噪聲脈寬平方的比值。
測(cè)試設(shè)置
實(shí)際測(cè)試,該參考設(shè)計(jì)為 BoosterPack?形式。這使得該設(shè)計(jì)可以連接 TI LaunchPad?以輕松使用和評(píng)估。所選的LaunchPad 包含 MSP430FR5969,這是一個(gè) 16MHz 超低功耗微控制器,配備有 60KB FRAM、2KBSRAM 和 40IO。微控制器可啟動(dòng)相應(yīng)的序列來(lái)觸發(fā)兩個(gè) TDC7200 設(shè)備,它們將測(cè)量光在物體之間傳輸所需的時(shí)間,以及驅(qū)動(dòng)激光的 UCC27321 的相應(yīng)情況。
本參考設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于,使用兩個(gè) TDC7200 設(shè)備描述差分 ToF 測(cè)量法的特點(diǎn)。為此,需計(jì)算出兩個(gè)TDC7200 設(shè)備的差分測(cè)量的誤差。該誤差是兩個(gè) TDC7200 設(shè)備接收到完全相同的 START 和 STOP 脈沖后的 ToF 差值,ToF 是 START 和 STOP 脈沖之間的間隔時(shí)間TDC7200 具有 12ns 的消隱時(shí)間。對(duì)于短距離傳感而言,此消隱時(shí)間太長(zhǎng)了。本參考設(shè)計(jì)幾乎不允許 TDC測(cè)量出現(xiàn)任何消隱時(shí)間。
下圖顯示了測(cè)試設(shè)置。LaunchPad 的 GPIO 引腳生成脈沖觸發(fā)器。該引腳連接兩個(gè) TDC7200 設(shè)備的START 引腳,以及波形發(fā)生器 HP33250A 的 TRIG 輸入。接收到 START 脈沖,并且 MSP430FR5969 發(fā)出的外部時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)下一個(gè)上升沿后,TDC7200 的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。該時(shí)鐘可以設(shè)置為 1MHz、4MHz 和 16MHz。與此同時(shí),接收到 START 脈沖后,波形發(fā)生器會(huì)生成用戶設(shè)置的延遲并輸出 STOP 觸發(fā)器,然后系統(tǒng)會(huì)通過(guò)相同長(zhǎng)度的 SMA 電纜將該觸發(fā)器返回到兩個(gè) TDC7200 設(shè)備的 STOP 引腳。接收到 STOP 觸發(fā)器后,TDC 將通過(guò)表示寄存器內(nèi)在等待新的測(cè)量結(jié)果的中斷行為(INTB 引腳)向 MCU發(fā)送信號(hào)。如果未收到 STOP 信號(hào),時(shí)鐘計(jì)數(shù)器或粗略計(jì)數(shù)器將發(fā)生溢出并生成中斷。根據(jù)預(yù)期的 ToF,可使用兩種不同的模式來(lái)配置 TDC7200。測(cè)量模式 1 適用于預(yù)期 ToF 小于 500ns 的情況,而測(cè)量模式 2 適用于預(yù)期 ToF 大于 500ns 的情況。根據(jù)所選的測(cè)量模式,可使用兩種不同的方式來(lái)計(jì)算 ToF:
要測(cè)量本參考設(shè)計(jì)中兩個(gè) TDC7200 設(shè)備的差分測(cè)量,建議使用測(cè)量模式 2(即使 ToF 低于 500ns)。校準(zhǔn)以獲取 LSB 的實(shí)際值,即 normLSB。請(qǐng)記住,LSB 的實(shí)際值可能會(huì)因環(huán)境變量(溫度、系統(tǒng)噪聲等)而異。這種差異可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差。由于設(shè)備存在一定的內(nèi)部延遲,測(cè)量結(jié)果還會(huì)發(fā)生偏移誤差。
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