利用多个联网的LIDAR集成电路的LIDAR系统
技术领域
本申请涉及LIDAR测距系统的领域，并且特别地涉及多个联网的集成电路的使用，每个集成电路包含LIDAR单元，以通过发射额外的激光光子和对应地接收由所撞击的目标返回的额外的光子来提高准确性。
背景技术
光检测和测距(LIDAR)系统用于通过利用脉冲激光照射目标并利用传感器测量反射脉冲来测量到目标的距离。然后可以使用返回时间和返回激光的波长的差异来确定到目标的距离。
LIDAR系统的一种流行用途是在用于车辆的安全系统中。通过使用LIDAR连续地监视到车辆周围的物体(或其他车辆)的距离，车辆计算机可以采取校正行为(例如，制动或绕过物体或其他车辆)，以使得避免即将发生的碰撞。LIDAR系统在车辆上的另一用途是用于驾驶员辅助，诸如在执行停车操作的同时或驾驶的同时向驾驶员提供有关车辆到物体(或其他车辆)接近度的信息。
开发用于车辆中的LIDAR系统的一个特别的挑战是期望这样的 LIDAR系统是紧凑的以使得适合在车辆设计约束内(例如，尺寸设置成适合在车辆的前灯壳体内)。为了使这样的系统可靠地工作，期望这些LIDAR系统内的传感器接收尽可能多的返回光子。然而，这受到与传感器相关联的透镜的物理尺寸的限制。
此外，由于这种LIDAR系统通常集成在单个集成电路或封装内，因此存在集成电路固有的问题，诸如热量管理、电源电压管理以及制造期间的成品率问题。实际上，已经发现很难在尺寸超过100mm2的集成电路中形成和正确操作LIDAR系统，这反过来又限制了传感器以及与其相关联的透镜的尺寸。
施加于这样的系统上的又一限制是所使用的激光的输出功率的限制，因为足够功率的激光会对其撞击的系统造成损害。然而，使用的激光的功率越大，激光束包含的光子就越多，这意味着接收到更多的返回光子。这导致了这样一种情况：现有的解决方案(其中LIDAR 系统包含在集成电路或封装内)以较低的占空比发射低功率的激光，从而导致返回的光子数目少于期望的数目，进而导致准确性和范围检测能力不太理想。相反，其他现有解决方案使用大型且昂贵的激光发射器和传感器的阵列，使得其用在车辆应用中、不切实际。
因此，需要对用于紧凑型应用(不仅仅是车辆)的LIDAR系统的领域进行其他开发。
发明内容
本文公开的实施例针对测距系统。测距系统包括第一测距单元，该第一测距单元具有第一激光驱动器、被配置为生成第一触发信号的第一控制电路、以及第一数据接口。第一数据接口包括：第一触发发射器，被配置为在第一数据传输线之上传输第一触发信号；以及第一校准接收器，被配置为在第二数据传输线之上接收第一校准信号。测距系统还包括第二测距单元，该第二测距单元具有第二激光驱动器、第二数据接口，该第二数据接口具有被配置为在第一数据传输线之上接收第一触发信号的第二触发接收器，以及被配置为在第二数据传输线之上传输第一校准信号的第二校准发射器、以及第二控制电路，被配置为响应于第二触发接收器接收到第一触发信号而生成第一校准信号。第一控制电路被配置为确定在由第一触发发射器传输第一触发信号与由第一校准接收器接收到第一校准信号之间的经过时间。
第一控制电路可以生成用于第一激光驱动器的第一控制信号，以引起第一激光驱动器的延迟的激活，第一激光驱动器的激活的延迟是由第一控制电路确定的经过时间的函数。第二控制电路可以基于由第二触发接收器接收到第一触发信号，生成用于第二激光驱动器的第二控制信号，以引起第二激光驱动器的激活。
该延迟可以是由第一控制电路确定的经过时间的一半，并且第二控制电路可以在接收到第一触发信号时基本上立刻生成第二控制信号以激活第二激光驱动器，以使得第一控制信号和第二控制信号引起第一激光驱动器和第二激光驱动器基本上同时的激活。
第一数据接口和第二数据接口可以是低压差分感测(LVDS)数据接口。
第一控制电路可以包括第一经过时间测量电路，该第一经过时间测量电路被配置为在生成第一触发信号时激活并且确定由在第一触发发射器传输第一触发信号与由第一校准接收器接收第一校准信号之间的经过时间。
第一控制电路可以包括第一经过时间测量电路，该第一经过时间测量电路被配置为在生成第一触发信号时激活，并且确定在由第一触发发射器传输第一触发信号与第一校准接收器接收到第一校准信号之间的经过时间，以及延迟电路，该延迟电路被配置为生成用于第一激光驱动器的第一控制信号，以引起第一激光驱动器在生成第一触发信号之后的延迟时间激活，该延迟时间是由第一经过时间测量电路确定的经过时间的函数。
延迟时间可以等于所确定的经过时间的一半。
第一控制电路还可以包括多路复用器，该多路复用器被配置为响应于主/从选择信号而选择性地传递主触发信号作为第一触发信号。
第一测距单元和第二测距单元可以是集成电路芯片。
第一测距单元还可以包括由第一激光驱动器驱动的第一激光单元，并且第二测距单元还可以包括由第二激光驱动器驱动的第二激光单元。第一测距单元和第二测距单元可以关于彼此被物理地布置为使得第一孔与第二孔以第一间隔距离间隔开，第一激光单元通过第一孔发射激光束，第二激光单元通过第二孔发射激光束。
在某些情况下，第一间隔距离可以不大于1cm。
第一激光单元可以具有第一视场，并且第二激光单元可以具有与第一视场的角度的跨度相等的第二视场。
第一激光单元可以包括由第一激光驱动器驱动的激光二极管的第一阵列，并且第二激光单元可以包括由第二激光驱动器驱动的激光二极管的第二阵列。
第二数据接口可以包括：第二校准接收器，被配置为在第四数据传输线之上接收第二校准信号；以及第二触发发射器，被配置为在第三数据传输线之上传输第二触发信号。第二控制电路还可以被配置为基于由第二触发接收器在第一数据传输线之上接收到第一触发信号来生成第二触发信号，并确定在由第二触发发射器传输第二触发信号与由第二校准接收器接收到第二校准信号之间的经过时间。测距系统还可以包括第三测距单元，第三测距单元包括第三激光驱动器，第三数据接口，该第三数据接口具有配置为在第三数据传输线之上接收第二触发信号的第三触发接收器，以及配置为在第四数据传输线之上传输第二校准信号的第三校准发射器。第三测距单元还可以包括第三控制电路，该第三控制电路被配置为响应于由第三触发接收器接收到第二触发信号而生成第二校准信号。
第一控制电路可以生成用于第一激光驱动器的第一控制信号，以引起第一激光驱动器的延迟的激活，第一激光驱动器的激活的延迟是由第一控制电路确定的经过时间和由第二控制电路确定的经过时间的函数。第二控制电路可以生成由于第二激光驱动器的第二控制信号，以引起第二激光驱动器的延迟的激活，第二激光驱动器的激活的延迟是由第二控制电路确定的经过时间的函数。第三控制电路可以基于由第三触发接收器对接收到第二触发信号，生成用于第三激光驱动器的第三控制信号，以引起第三激光驱动器的激活。
第一激光驱动器的激活的延迟可以等于由第一控制电路确定的经过时间的一半与由第二控制电路确定的经过时间的一半的总和。第二激光驱动器的激活的延迟可以等于由第二控制电路确定的经过时间的一半。第三控制电路可以在接收到第二触发信号时基本上立刻生成第三控制信号以引起第三激光驱动器的激活，使得第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号引起第一激光驱动器、第二激光驱动器和第三激光驱动器的基本上同时的激活。
第二控制电路可以在数据总线之上将由第二控制电路确定的经过时间发送到第一控制电路。
本文公开了方法方面。一个方法方面针对在测距系统内同步N个测距芯片的光输出的方法，该方法包括通过执行以下步骤来确定针对第一至第(N-1)测距芯片的光输出激活延迟：a1)将数目n定义为等于N个测距单元中的第一测距单元；a2)从第n测距单元向第(n+1) 测距单元传输触发信号；a3)在第(n+1)测距单元处接收触发信号； a4)将校准信号从第(n+1)测距单元传输回第n测距单元；a5)确定在由第n测距单元传输触发信号与由第n测距单元接收校准信号之间的经过时间，并将经过时间存储为第n测距单元的经过时间；a6)确定针对第n测距单元的光输出激活延迟等于第n测距单元的经过时间与第一至第(n-1)测距单元的经过时间之和；并且a7)如果n小于N-2，则使n递增，并返回步骤a2)。
该方法还可以包括通过执行以下步骤来激活N个测距芯片以同步方式输出光：b1)将数目m定义为等于N个测距单元中的第一测距单元；b2)从第m测距单元向第(m+1)测距单元传输触发信号； b3)直到在执行步骤b2)之后的一个时间段激活第m测距单元的激光，该时间段等于第m测距单元的光输出激活延迟；b4)如果m小于N-2，则递增m，并返回步骤b2)；b5)如果m等于N-1，则递增 m，并在第m测距单元从第(m-1)测距单元接收到触发信号时，激活第m测距单元的激光。
附图说明
图1A是以校准模式操作时的本文所公开的LIDAR系统的简化框图。
图1B是以测距模式操作时的本文所公开的LIDAR系统的简化框图。
图1C是图示图1A至图1B的LIDAR系统的激光二极管的视场以及组合的整体视场的示图。
图2是本文所公开的LIDAR系统的示意性框图。
具体实施方式
以下公开使能本领域技术人员制造和使用本文所公开的技术方案。在不背离本公开的精神和范围的情况下，本文所述的一般原理可以应用于与以上详述的实施例和应用不同的实施例和应用。本公开不旨在局限于所示出的实施例，而是应被赋予与本文所公开或建议的原理和特征一致的最宽范围。
通常，本公开针对使得能够增加实施在集成电路或封装内的 LIDAR测距设备的灵敏度和范围的硬件和操作技术。因此，本文公开了一种LIDAR测距系统，该LIDAR测距系统包括彼此间隔开但具有基本相同的视场(例如，由于视差误差而不完全相同)并且以同步方式操作(例如，每个联网的LIDAR集成电路芯片的每个测距激光都考虑了网络数据传输速率，以因此以与每个其他联网的LIDAR集成电路芯片的每个其他测距激光基本上相同的时间发射其测距激光)的多个联网的LIDAR集成电路芯片。如本文所使用的，“基本上相同的时间”和“基本同时”是同义词，并且应被认为意味着“彼此在1ns 内”。
首先，将参考图1A-图1C的框图详细描述上文总体上描述的基本操作原理，并且随后将参考附加的附图描述具体实施例。图1A至图1B的LIDAR测距系统10包括多个LIDAR集成电路(IC)或芯片封装20，30，40，...，n，其中封装20是链中的第一LIDAR IC，而封装n是链中的最后一个LIDAR IC，注意，“n”可以是任何整数，因此LIDAR测距系统10可以包含任何数目的LIDAR IC。
相对于链中紧随其后的LIDAR IC，每个LIDAR IC都可以被视为“主器件”，并且相对于链中紧接在前的LIDAR IC，每个LIDAR IC 也可以被视为“从器件”。因此，LIDAR IC 20对于紧随其后的LIDAR IC 30是主器件，但不是从器件，因为它是链中的第一个。LIDAR IC30对于链中紧接在前的LIDAR IC 20是从器件，并且对于链中紧随其后的LIDAR IC 40是主器件。LIDAR IC 40对于紧接在前的LIDAR IC 30是从器件，并且对于紧随其后的LIDAR ICn是主器件。LIDAR IC n对于紧接在前的LIDAR IC 40是从器件，但不是主器件，因为它是链中的最后一个。
每个LIDAR IC 20，30，40，...，n包括相应的数据接口21，31， 41，...，n1、控制电路系统或控制器(CTRL)22，32，42，...，n2、激光驱动器(LASDRV)23，33，43，...，n3、和激光接收器(LASDCV) 24，34，44...，n4。相应的一个或多个激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn可由与其相关联的激光驱动器23，33，43，...， n3激活，以提供测距激光，而相应的一个或多个光电检测器PHOTD1， PHOTD2，PHOTD3，...，PHOTDn用于检测已反射离开目标并返回的测距激光的返回光子。每个控制电路或控制器22，32，42，...，n2 连接到数据总线DATA_BUS。
现在将描述操作。LIDAR测距系统10具有三种可能的操作模式，即仅执行校准的校准模式，同时执行测距和校准的测距同时校准模式以及仅执行测距的测距模式。注意，其中仅校准模式和测距模式的实施例在本公开的范围内。
首先参考图1A中的LIDAR测距系统10，为了描述的目的，测距系统10以校准模式操作。首先，断言主触发信号 (MASTER_TRIGGER_SIGNAL)。最终， MASTER_TRIGGER_SIGNAL的该断言被LIDAR IC 20的控制电路系统22接收，进而导致与其相关联的数据接口21在相关联的互连数据传输线之上向LIDAR IC 30的数据接口31传输第一触发信号 (TRIGGER_SIGNAL_1)。
紧接在由数据接口31接收到TRIGGER_SIGNAL_1时，与其相关联的控制电路系统32导致数据接口31通过相关联的互连数据传输线将第一校准信号(CAL_SIGNAL_1)传输回LIDAR IC 20的数据接口21。同时，控制电路系统32还导致数据接口31在相关联的互连数据传输线之上将第二触发信号(TRIGGER_SIGNAL_2)传输到LIDAR IC 40的数据接口41。
紧接在由数据接口41接收到TRIGGER_SIGNAL_2时，与其相关联的控制电路系统42导致数据接口41通过相关的互连数据传输线将第二校准信号(CAL_SIGNAL_2)传输回LIDARIC 23的数据接口 31。同时，控制电路系统42还导致数据接口41在相关联的互连数据传输线之上将第n个触发信号(TRIGGER_SIGNAL_n)传输到第n 个LIDAR IC n的数据接口n1。
要指出的是，用于承载触发信号TRIGGER_SIGNAL_1， TRIGGER_SIGNAL_2，TRIGGER_SIGNAL_n的不同互连数据传输线的负载与承载相应的校准信号CAL_SIGNAL_1，CAL_SIGNAL_2， CAL_SIGNAL_n的其相应的互连数据传输线的负载平衡。换句话说，承载TRIGGER_SIGNAL_1和CAL_SIGNAL_1的数据传输线在负载方面是平衡的，承载TRIGGER_SIGNAL_2和CAL_SIGNAL_2的数据传输线在负载方面是平衡的，而承载TRIGGER_SIGNAL_n和CAL_SIGNAL_n的数据传输线则在负载方面是平衡的。
注意，LIDAR IC 20，30，40中的每个LIDAR IC的控制电路系统22，32，42测量在通过与其相关联的数据接口21，31，41传输与其相关联的触发信号TRIGGER_SIGNAL_1，TRIGGER_SIGNAL_2，...，TRIGGER_SIGNAL_n与通过与其相关联的数据接口21，31，41从链中的下一个LIDAR IC接收相应的校准信号CAL_SIGNAL_1，CAL_SIGNAL_2，...，CAL_SIGNAL_n之间的经过时间。这些经过时间可以称为ET1，ET2，ETn。
经过时间ET1代表在LIDAR IC 20向LIDAR IC 30发送 TRGGER_SIGNAL_1与从LIDAR IC 30接收到 CALIBRATION_SIGNAL_1之间的时间。因此，该经过时间是在 LIDAR IC20与LIDAR IC 30之间的数据路径的两次遍历(由于平衡的数据传输线负载)。因此，在LIDAR IC 20与LIDAR IC 30之间的数据路径的一次遍历将是0.5*ET1，其可以被称为(将在下文说明原因)DELAY1。
经过时间ET2代表在LIDAR IC 30向LIDAR IC 40发送 TRGGER_SIGNAL_2与从LIDAR IC 40接收到 CALIBRATION_SIGNAL_2之间的时间。因此，该经过时间是在 LIDAR IC30与LIDAR IC 40之间的数据路径的两次遍历。数据路径的一次遍历为0.5*ET2，其可以称为DELAY2。
经过时间ET3代表LIDAR IC 40向LIDAR IC n发送 TRGGER_SIGNAL_n与从LIDARIC n接收到 CALIBRATION_SIGNAL_n之间的时间。因此，该经过时间是LIDAR IC 40与LIDARIC n之间的数据路径的两次遍历。数据路径的一次遍历为0.5*ET3，其可以称为DELAYn。
然后，除了链中的第一个LIDAR IC和最后一个LIDAR IC之外的每个LIDAR IC(例如，LIDAR IC 30，40)都在数据总线DATA_BUS 之上将其相应的确定的经过时间ET2，ETn或确定的延迟DELAY2， DELAYn传输到链中在其之前的每个LIDAR IC。因此，LIDAR IC 20 将在数据总线DATA_BUS之上接收经过时间ET2和ETn或延迟时间 DELAY2，DELAYn，并且LIDARIC 20将在数据总线DATA_BUS之上接收经过时间ETn或延迟时间DELAYn。
备选地，确定经过时间ET1，ET2，ETn或延迟时间DELAY1， DELAY2，DELAYn的每个LIDAR IC 20，30，40在数据总线 DATA_BUS之上传输其相应的确定的经过时间ET1，ET2，ETn，并且每个LIDAR IC 20，30，40，...，n接收在数据总线DATA_BUS 之上的所有经过时间或延迟时间(除了其传输的经过时间或延迟时间以外)。
期望每个LIDAR IC 20，30，40，...，n基本上同时地激活其激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn。由于针对链中的最后一个LIDAR IC n，要花费等于DELAY1+DELAY2+...+DELAYn 的总延迟时间以接收TRIGGER_SIGNAL_n，因此每个LIDAR IC 20，30，40的控制电路22，32，42可以确定并设置适当的激活延迟，以使得当LIDAR IC n接收到TRIGGER_SIGNAL_n时，每个控制电路 22，32，42，...，n2将基本上同时的导通与其相关联的激光二极管 LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn。
用于激活的延迟计算如下。除链中的最后一个以外的每个LIDAR IC 20，30，40(例如，充当主器件的每个LIDAR IC)都将其自己的适当的激活延迟ACTDELAY1，ACTDELAY2，ACTDELAYn计算为计算用于其自己的触发信号TRIGGER_SIGNAL_1， TRIGGER_SIGNAL_2，TRIGGER_SIGNAL_n到达下一个LIDAR IC 30，40，n的延迟DELAY1，DELAY2，DELAYn或经过时间ET1， ET2，ETn以及其在数据总线DATA_BUS之上从随后的LIDAR ICS 30，40，n接收到的每个延迟DELAY2，DELAYn或经过时间ET2， ETn之和。
通过示例可能最好地理解这一点。激活延迟ACTDELAY1用于 LIDAR IC 20。出于本示例的目的，假设控制电路n2在接收到 TRIGGER_SIGNAL_n时基本上立刻激活其激光二极管LASDn。因此， ACTDELAY1应该为DELAY1+DELAY2+...+DELAYn。这样，LIDAR IC 20的控制电路系统22使用确定的ET1或DELAY1以及接收到的ET2、ETn或DELAY2、DELAYn来计算ACTDELAY1。
类似地，激活延迟ACTDELAY2用于LIDAR IC30。LIDAR IC 30 的控制电路系统32使用确定的ET2或DELAY2以及接收到的ETn 或DELAYn来计算ACTDELAY2。
同样，激活延迟ACTDELAY3用于LIDAR IC40。LIDAR IC 40 的控制电路系统42使用确定的ETn或DELAYn来计算ACTDELAY3。
现在已经确定了ACTDELAY1，ACTDELAY2和ACTDELAY3， LIDAR测距系统10的操作可以进行到测距模式。这在图1B中示出。
在此，首先断言MASTER_TRIGGER_SIGNAL。这引起LIDAR IC 20的控制电路系统22引起与其相关联的数据接口21在相关联的互连数据传输线之上向LIDAR IC 30的数据接口31传输TRIGGER_SIGNAL_1。在数据接口31接收到TRIGGER_SIGNAL_1 时，控制电路32引起数据接口31在相关联的互连传输线之上向 LIDAR IC 40的数据接口41传输TRIGGER_SIGNAL2。在数据接口 41接收到TRIGGER_SIGNAL_2，控制电路42引起数据接口42在相关联的互连传输线之上向LIDAR IC n的数据接口n1传输 TRIGGER_SIGNALn。
在传输TRIGGER_SIGNAL1之后等于ACTDELAY1的时间， LIDAR IC 20的控制电路22引起与其相关联的激光驱动器23激活其激光二极管LASD1。同样，在传输TRIGGER_SIGNAL2之后等于 ACTDELAY2的时间，LIDAR IC 30的控制电路32引起与其相关联的激光驱动器33激活其激光二极管LASD2。类似地，在传输 TRIGGER_SIGNALn之后等于ACTDELAY3的时间，LIDAR IC 40 的控制电路42引起与其相关联的激光驱动器43激活其激光二极管 LASD3。LIDAR IC n的控制电路n2在接收到TRIGGER_SIGNALn 就立即引起与其相关联的激光驱动器n3激活其激光二极管LASDn。
这样，每个激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn 基本上同时的被激活，并且因此实现了LIDAR IC 20，30，40，...，n 之间的同步。该技术可以应用于任何数目的LIDAR IC，以使得可以使用该布置来同步大量LIDAR IC。
光电二极管PHOTD1，PHOTD2，PHOTD3，...，PHOTDn接收由激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn发射的、从物体反射并返回的光的光子。一种方式是组装由光电二极管PHOTD1， PHOTD2，PHOTD3，...，PHOTDn收集的输出，以形成每个的输出的直方图，然后添加该直方图以增加信噪比。为此，每个LIDAR IC 20， 30，40，...，n的控制电路系统22，32，42，...，n2形成其相应的光电二极管PHOTD1，PHOTD2，PHOTD3，..，PHOTDn的输出的直方图，并在数据总线DATA_BUS之上向系统控制器(SYSCTRL)50 传输该直方图，系统控制器50添加该直方图以形成主直方图，该主直方图可以利用已知技术进行分析和使用以执行有用的功能(例如，向车辆中的安全系统提供输入)。
在某些情况下，系统控制器50可以评估每个直方图中的数据，并且如果每个直方图中的数据是有用的(例如，在本底噪声以上)，则系统控制器50不添加直方图，而是单独地分析每个直方图以执行有用的功能。
LIDAR系统10实现冗余，因为单个激光二极管LASD1，LASD2， LASD3，...，LASDn或光电二极管PHOTD1，PHOTD2，PHOTD3，...， PHOTDn的故障将使系统可操作，尽管其范围减小或分辨率减小。此外，通过分析各个直方图，系统控制器50可以确定LIDAR系统10 中的LIDAR IC 20，30，40，...，n中的一个LIDAR IC已经故障，并且因此可以为将被修理或更换的LIDAR系统10设置标记。实际上，如果需要这样的信息，通过分析各个直方图，系统控制器50甚至可以确定LIDAR系统10中的LIDAR IC 20，30，40，...，n中的哪些已经经历了故障。
应当理解，除了在校准模式的至少一次迭代之后以测距模式操作，LIDAR测距系统10可以以测距同时校准模式操作。在测距同时校准模式中，每个LIDAR IC 20，30，40，...，n已经具有对应的计算激活延迟ACTDELAY1，ACTDELAY2，ACTDELAYn。因此，在传输TRIGGER_SIGNAL1之后等于ACTDELAY1的时间，LIDAR IC 20的控制电路22引起与其相关联的激光驱动器23激活其激光二极管 LASD1。同样，在传输TRIGGER_SIGNAL2之后等于ACTDELAY2 的时间，LIDAR IC 30的控制电路32引起与其相关联的激光驱动器 33激活其激光二极管LASD2。类似地，在传输TRIGGER_SIGNALn 之后等于ACTDELAY3的时间，LIDAR IC 40的控制电路42引起与其相关联的激光驱动器43激活其激光二极管LASD3。LIDAR IC n的控制电路n2在接收到TRIGGER_SIGNALn时立刻引起与其相关联的激光驱动器n3激活其激光二极管LASDn。
然而，在测距同时校准模式中，校准信号CAL_SIGNAL_1， CAL_SIGNAL_2，CAL_SIGNAL_n仍由数据接口31，41，n1向数据接口21，31和41传输，并且仍由控制电路22，32，42使用以计算经过时间ET1，ET2，ETn和延迟时间DELAY1，DELAY2，DELAYn。同样，控制电路32，42将在数据总线DATA_BUS之上传输它们相应的确定的经过时间ET2，ETn或延迟时间DELAY2，DELAYn。因此， LIDAR IC 20将在数据总线DATA_BUS之上接收经过时间ET2和ETn或延迟时间DELAY2，DELAYn，并且LIDAR IC 30将在数据总线 DATA_BUS之上接收经过时间ETn或延迟时间DELAYn。然后， LIDAR IC 20的控制电路22将重新计算如上所述的ACTDELAY1， LIDAR IC 30的控制电路32将重新计算如上所述的ACTDELAY2，并且，LIDAR IC40的控制电路42将重新计算如上所述的 ACTDELAYn。因此，将使用这些重新计算的致动延迟ACTDELAY1， ACTDELAY2，ACTDELAYn来同步如上所述的激光二极管LASD1， LASD2，LASD3，...，LASDn的下一次激活。测距同时校准模式的优点是，针对激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn的每次激活，连续调节致动延迟ACTDELAY1，ACTDELAY2，ACTDELAYn，以便考虑到操作条件(例如，工作温度)中的变化。
在某些情况下，除了使用测距同时校准模式，可以在校准模式与测距模式之间交替。在其他情况下，可以执行校准模式的一个实例用于测距模式的一定数目的迭代。例如，在校准模式的初始迭代之后，可以在测距模式的每五次迭代之后执行校准模式迭代。
应当理解，尽管在以上示例中，控制电路22，32，42计算其自己的致动延迟ACTDELAY1，ACTDELAY2，ACTDELAYn，但是在某些情况下，控制电路22，32，42在数据总线DATA_BUS之上向系统控制器50传输它们相应的确定的经过时间ET1，ET2，ETn和延迟时间DELAY1，DELAY2，DELAYn，并且系统控制器50确定致动延迟ACTDELAY1，ACTDELAY2，ACTDELAYn，并将它们在数据总线DATA_BUS之上传输回到控制电路22，32，42。
作为备选的实施方式，可以构造LIDAR系统10以使得可以假设 DELAY1，DELAY2，...，DELAYn相等且可代替。因此，系统控制器50可以向控制电路22传输信号，向其指示LIDAR IC 20是n个 LIDAR IC的链中的第一LIDAR IC。然后，控制电路22可以将ACTDELAY1估计为：
ACTDELAY1＝(n-1)*DELAY1.
随后，系统控制器50可以向控制电路32传输信号，向其指示 LIDAR IC 30是n个LIDAR IC的链中的第二LIDAR IC。然后，控制电路32可以将ACTDELAY2估计为：
ACTDELAY2＝(n-2)*DELAY2
类似地，系统控制器50可以向控制电路42传输信号，向其指示 LIDAR IC 40是n个LIDAR IC链中的第三LIDAR IC。然后，控制电路42可以将ACTDELAY3估计为：
ACTDELAY3＝(n-3)*DELAY3
LIDAR系统10优于现有技术的LIDAR系统的主要优点在于， LIDAR系统10将接收到的反射光子增加等于LIDAR IC 20，30， 40，...，n的总数目的平方的因子，同时仅将发射的光子增加等于 LIDAR IC 20，30，40，...，n的总数目的因子。这允许自动驾驶车辆期望的高达并超过200m的范围(目的是使检测范围超过自动驾驶车辆以其最高合法的操作速度的情况下的最小停车距离)。
既然已经描述了致动延迟ACTDELAY1，ACTDELAY2， ACTDELAY3的目的和对于其的计算，下面将参考图1C描述激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn相对于彼此的物理位置。 FOV1是LASD1的视场，FOV2是LASD2的视场，FOV3是LASD3 的视场，FOVn是LASDn的视场。这些视场FOV1，FOV2，FOV3，...， FOVn的孔相等。激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn 彼此间隔开，以使得在FOV1和FOV2之间存在分离SEP1，在FOV2 和FOV3之间存在分离SEP2，在FOV3和FOVn之间存在分离SEP3。虽然激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn彼此间隔开，但是该间隔很小，使得分离SEP1，SEP2，SEP3例如等于1cm或更小(例如5mm)。因此，LIDAR系统10的整体视场FOVT仅略大于各个视场FOV1，FOV2，FOV3，...，FOVn中的任何视场。由于分离SEP1，SEP2，SEP3，以及(如所说明的)LIDAR系统10仅使发射的光子增加等于LIDAR IC 20，30，40，...，n的总数目的事实，LIDAR 系统10符合现有的激光安全条例。
尽管每个LIDAR IC 20，30，40，...，n被示为具有单个激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn，但是为了便于说明绘制了此图示。在一个实际的现实世界实现中，每个LIDAR IC 20，30， 40，...，n将具有激光二极管的阵列。因此，请理解，在这种情况下，主触发信号MASTER_TRIGGER_SIGNAL和触发信号 TRIGGER_SIGNAL_1，TRIGGER_SIGNAL_2，TRIGGER_SIGNAL_n 用于触发每个LIDAR IC 20，30，40，...，n的激光二极管的阵列的致动序列的开始。为了简洁起见，没有描述致动序列的细节以及在每个致动序列期间发生的事情，因为这种致动序列在本领域中是已知的。应当注意的是，每个LIDAR IC 20，30，40，...，n将与每个其他LIDAR IC 20、30、40，...，n具有相同的激光二极管的阵列和相同的致动序列，以使得可以利用，每个LIDAR IC 20，30，40，...，n 的单个触发信号MASTER_TRIGGER_SIGNAL、 TRIGGER_SIGNAL_1、TRIGGER_SIGNAL_2、TRIGGER_SIGNAL_n 进行同步。因此，当参考图1A至图1B时，可以将激光二极管LASD1， LASD2，LASD3，...，LASDn各自视为激光二极管的一个阵列，并且触发信号MASTER_TRIGGER_SIGNAL，TRIGGER_SIGNAL_1， TRIGGER_SIGNAL_2，TRIGGER_SIGNAL_n启动激光二极管的阵列的致动序列。因此，将视场FOV1，FOV2，FOV3，FOVn视为激光二极管的阵列的视场。
作为每个具有激光二极管的阵列的LIDAR IC 20，30，40，...，n 的备选，在不同的真实世界实现中，每个LIDAR IC 20，30，40，...， n实际上可以具有使用MEMS微镜操纵的单个激光二极管LASD1， LASD2，LASD3，...，LASDn。无论如何，将由触发信号 MASTER_TRIGGER_SIGNAL，TRIGGER_SIGNAL_1，TRIGGER_SIGNAL_2，TRIGGER_SIGNAL_n启动针对每个LIDAR IC 20，30，40，...，n的MEMS微镜所遵循的扫描模式，使得能够进行上述同步。针对该备选，每个LIDAR IC 20，30，40，...，n将具有基本相同的MEMS微镜，该MEMS微镜遵循相同的扫描模式，或遵循花费基本相同的时间量来完成的扫描模式。因此，当参考图1A 至图1B时，激光二极管LASD1，LASD2，LASD3，...，LASDn也可以各自被视为由MEMS微镜操纵的激光二极管，并且触发信号 MASTER_TRIGGER_SIGNAL，TRIGGER_SIGNAL_1， TRIGGER_SIGNAL_2，TRIGGER_SIGNAL_n启动将由MEMS微镜遵循的扫描模式。因此，对于此示例，将视场FOV1，FOV2，FOV3， FOVn视为由扫描模式提供的视场。
现在讨论由分离SEP1，SEP2，SEP3引入的视差误差。考虑到每个视场可以为100°，划分为每个区域1°的100个区域。50米的范围的100°视场将约为0.87米。因此，在邻近的激光二极管LASD1， LASD2，LASD3，...，LASDn之间的分离为1cm的情况下，视差误差将不显著，并且比所提供的空间采样分辨率低约两个量级。
然而，在50cm而不是50m的范围的情况下，视差误差可能类似于空间采样分辨率。但是，在此，返回的信号(例如，接收的光子的数目)将大得多。因此，当范围如此接近时，可能不期望如上所述添加直方图，而是如上所述单独地使用它们诸如提高分辨率。
这样的真实世界的实现可以适合在车辆的前照灯结构内，使得能够利用那些车辆内的前照灯清洗系统来保持覆盖激光二极管阵列和光电检测器的透镜清洁。
本领域技术人员将理解，可以使用任何种类的数据接口、数据总线、控制电路、激光驱动器和激光接收器。然而，现在参考图2描述完整的示例实现。该实现可以被认为是“简化的”，因为它图示了其中仅存在三个LIDAR IC的LIDAR测距系统10'，但应记住，这是为了简化起见而且并且许多真实世界的实现将包括三个以上的LIDAR IC。
LIDAR测距系统10’包括多个LIDAR集成电路(IC)或芯片封装20，30，40，其中20是该链中的第一LIDAR IC，而40是该链中的最后一个LIDAR IC。因此，可以将LIDAR IC 20视为LIDAR IC 30 的主器件，LIDAR IC 30可以被视为LIDAR IC 20的从器件以及 LIDAR IC40的主器件，LIDAR IC 40可以被视为LIDAR IC 30的从器件。
每个LIDAR IC 20，30，40包括相应的数据接口21，31，41，控制电路系统或控制器22，32，42，激光驱动器23，33，43，...，n3 和激光接收器(为了简洁起见未示出)。相应的一个或多个激光二极管LASD1，LASD2，LASD3可由与其相关联的激光驱动器23，33， 43激活以提供测距激光。
现在详细描述LIDAR IC 20。数据接口21是低压差分感测 (LVDS)接口，并且包括两个这样的LVDS接口25，26。LVDS接口25包括接收器(RX)25a和发射器(TX)25b，而LVDS接口26 包括接收器(RX)26a和发射器(TX)26b。控制电路22包括多路复用器22a，该多路复用器22a具有耦合到LVDS接口25的第一输入，耦合到主触发信号MASTER_TRIGGER_SIGNAL的第二输入，并且由主选择信号MASTER_SEL1确定第一输入和第二输入中的哪一个被传递为输出。时间数字转换器(TDC)22b具有耦合到接收器26a 的第一输入，耦合到发射器26b和多路复用器22a的输出的第二输入以及耦合到处理电路(P)22d的输出。延迟块22c接收多路复用器22a的输出作为VCSEL_ON1，以及从处理电路22d接收数字控制信号DIG_CTRL1。激光驱动器23是VCSEL(垂直腔表面发射激光) 驱动器，并且驱动VCSEL二极管VCSEL1。处理电路22d向SPI总线SPI_BUS提供输出。
现在详细描述LIDAR IC 30。数据接口31是LVDS接口，并且包括两个这样的LVDS接口35，36。LVDS接口35包括接收器(RX) 35a和发射器(TX)35b，而LVDS接口36包括接收器(RX)36a和发射器(TX)36b。控制电路32包括多路复用器32a，该多路复用器32a具有耦合到LVDS接口35的第一输入，并且主选择信号 MASTER_SEL2确定第一输入和第二输入中的哪一个被传递作为输出。时间数字转换器(TDC)32b具有耦合到接收器36a的第一输入，耦合到发射器36b和多路复用器32a的输出的第二输入以及耦合到处理电路(P)32d的输出。延迟块32c接收多路复用器32a的输出作为 VCSEL_ON2，以及从处理电路32d接收数字控制信号DIG_CTRL2。激光驱动器33是VCSEL驱动器，并且驱动VCSEL二极管VCSEL2。处理电路32d向SPI总线SPI_BUS提供输出。
现在详细描述LIDAR IC 40。数据接口41是LVDS接口，并且包括两个这样的LVDS接口45，46。LVDS接口45包括接收器(RX) 45a和发射器(TX)45b，而LVDS接口46包括接收器(RX)46a和发射器(TX)46b。控制电路42包括多路复用器42a，该多路复用器 42a具有耦合到LVDS接口45的第一输入，并且由主选择信号 MASTER_SEL3确定第一输入和第二输入中的哪一个被传递作为输出。时间数字转换器(TDC)42b具有耦合到接收器46a的第一输入，耦合到发射器46b和多路复用器42a的输出的第二输入以及耦合到处理电路(P)42d的输出。延迟块42c接收多路复用器42a的输出作为 VCSEL_ON3，以及从处理电路42d接收数字控制信号DIG_CTRL3。激光驱动器43是VCSEL驱动器，并且驱动VCSEL二极管VCSEL3。
在开始讨论以校准模式的操作之前，请注意，主选择信号用于指示给定的LIDARIC是否是链中的第一LIDAR IC。因此， MASTER_SEL1将为高，选择将由多路复用器22a传递的 MASTER_TRIGGER_SIGNAL。因此，MASTER_SEL2将为低，选择将由多路复用器32a传递的从LVDS接口35接收的数据，并且 MASTER_SEL3将为低，选择将由多路复用器42a传递的从LVDS接口45接收的数据。处理电路42d向SPI总线SPI_BUS提供输出。
现在将描述以校准模式的操作。从LIDAR IC 20开始， MASTER_TRIGGER_SIGNAL被断言，并且被多路复用器22a作为 VCSEL_ON1传递到TDC 22b和发射器26b。在TDC 22b接收到VCSEL_ON1时就立刻开始计数(VCSEL_ON1之所以被断言，是因为MASTER_TRIGGER_SIGNAL被断言)。发射器26b接收 VCSL_ON1信号，并将其作为TRIGGER_SIGNAL1传输到LIDAR IC 30的接收器35a。在LIDAR IC 30的接收器35a接收到 TRIGGER_SIGNAL1时，发射器35b就将TRIGGER_SIGNAL1作为 CAL_SIGNAL1重新传输到接收器26a。在接收器26a接收到 CAL_SIGNAL1时，CAL_SIGNAL1就被传递到停止计数的TDC 22b，因此将传输TRIGGER_SIGNAL1与CAL_SIGNAL1之间的经过时间记录为ET1，然后由处理电路系统22d减半并保存为延迟时间DELAY1。DELAY1作为DIG_CTRL1从处理电路系统22d传递到延迟电路22c。
现在转到LIDAR IC 30，在接收器35a接收到 TRIGGER_SIGNAL1时，多路复用器32a将TRIGGER_SIGNAL1作为VCSEL_ON2传递到发射器36b以及将开始计数的TDC 32b。发射器36b将VCSEL_ON2作为TRIGGER_SIGNAL2传输到LDAR IC 40 的接收器45a。在LIDAR IC 40的接收器45a接收到 TRIGGER_SIGNAL2时，发射器45b就将TRIGGER_SIGNAL2作为 CAL_SIGNAL2重新传输到接收器36a。在接收器36a接收到 CAL_SIGNAL2，CAL_SIGNAL2就被传送到停止计数的TDC 32b，因此将传输TRIGGER_SIGNAL2与CAL_SIGNAL2之间的经过时间记录为ET2，然后由处理电路系统32d减半并保存为延迟时间 DELAY2。DELAY2作为DIG_CTRL2从处理电路系统32d传递到延迟电路32c，并在SPI总线SPI_BUS之上被传输到LIDAR IC 20的处理电路22d。
现在转到LIDAR IC 40，在接收器45a接收到 TRIGGER_SIGNAL2时，多路复用器42a就将TRIGGER_SIGNAL2 作为VCSEL_ON3传递到延迟块42c，延迟块42c的操作将在下文以测距模式进行描述。
现在，测距模式开始于LIDAR IC 20。MASTER_TRIGGER_SIGNAL将被断言，然后被多路复用器22a作为 VCSEL_ON1传递到延迟块22c。延迟块22c向VCSEL驱动器23发送控制信号，指示其在等于DIG_CTRL1的时间之后开启VCSEL1。 VCSEL_ON1也被传递到发射器26b，发射器26b将其作为 TRIGGER_SIGNAL1传输到LIDAR IC 30的接收器35a。
在接收器35a接收到TRIGGER_SIGNAL1时，多路复用器32a 就将TRIGGER_SIGNAL1作为VCSEL_ON2传递到延迟块32c。延迟块32c向VCSEL驱动器33发送控制信号，指示其在等于DIG_CTRL2 的时间之后开启VCSEL2。VCSEL_ON2也被传递到发射器36b，发射器36b将其作为TRIGGER_SIGNAL2传输到LIDAR IC 40的接收器45a。
在接收器45a接收到TRIGGER_SIGNAL2时，多路复用器42a 就将TRIGGER_SIGNAL2作为VCSEL_ON3传递到延迟块42c。延迟块43c向VCSEL驱动器43发送控制信号，基本上立刻的指示其开启 VCSEL3。
如上所述，在校准模式的初始迭代之后，校准可以连续并且与测距同时校准模式中的测距并行发生。
尽管已经关于有限数目的实施例描述了本公开，但是本领域技术人员受益于本公开将理解，可以设想不脱离如本文所公开的本公开的范围的其他实施例。因此，本公开的范围应仅由所附权利要求限制。
