雷达脉冲ToF电路设计(十一)

出处:电路城 发布于:2020-01-03 16:54:41 | 833 次阅读

  信噪比
  信噪比定义为信号功率与背景噪声(或无用信号)功率的比率。
  对于基于 TDC 的信号链,请谨慎选择检测阈值。当电平超过该阈值时,则表明检测到信号。
  要检测单个事件(生成和处理单个 STOP 信号)时,需选择相应的阈值,使发生误报的几率在系统性能的可接受范围内。
  在此提醒,白高斯噪声的即时值高于信号的标准偏差(也称为 RMS 值),其值为 16%。因此,如果系统可以容纳高于 16% 的假性 ToF 结果(通过求平均值或查看其他系统级别的稳健性),则输入阈值可以设置为背景噪声级别的平均值加上其 RMS 值。假设背景噪声的均值为零,下表总结了在此情况下的系统稳健性。


  考虑到该噪声的白高斯特性,触发时间将均匀分布在 0 和理论 ToF 值之间。
  测量多个 STOP 脉冲的功能将有助于提高稳健性,因为可以拒绝未按传输模式间隔的脉冲组。
  检测对象从单脉冲上升沿转变为所有过零情况,这有助于进一步提高 SNR。通过针对所有信号选择一个任意振幅,还可以使用 Logan 设置的理论框架。SNR 高于功率比值,是振幅平方的比值。如果将任意幅度选作“1”(一),则 SNR 将变为脉宽平方的比值:
  换言之,在一定的时域内,SNR 是信号脉宽平方与噪声脉宽平方的比值。


  测试设置
  实际测试,该参考设计为 BoosterPack?形式。这使得该设计可以连接 TI LaunchPad?以轻松使用和评估。所选的LaunchPad 包含 MSP430FR5969,这是一个 16MHz 超低功耗微控制器,配备有 60KB FRAM、2KBSRAM 和 40IO。微控制器可启动相应的序列来触发两个 TDC7200 设备,它们将测量光在物体之间传输所需的时间,以及驱动激光的 UCC27321 的相应情况。
  本参考设计的重点在于,使用两个 TDC7200 设备描述差分 ToF 测量法的特点。为此,需计算出两个TDC7200 设备的差分测量的误差。该误差是两个 TDC7200 设备接收到完全相同的 START 和 STOP 脉冲后的 ToF 差值,ToF 是 START 和 STOP 脉冲之间的间隔时间TDC7200 具有 12ns 的消隐时间。对于短距离传感而言,此消隐时间太长了。本参考设计几乎不允许 TDC测量出现任何消隐时间。
  下图显示了测试设置。LaunchPad 的 GPIO 引脚生成脉冲触发器。该引脚连接两个 TDC7200 设备的START 引脚,以及波形发生器 HP33250A 的 TRIG 输入。接收到 START 脉冲,并且 MSP430FR5969 发出的外部时钟信号出现下一个上升沿后,TDC7200 的时钟计数器开始计数。该时钟可以设置为 1MHz、4MHz 和 16MHz。与此同时,接收到 START 脉冲后,波形发生器会生成用户设置的延迟并输出 STOP 触发器,然后系统会通过相同长度的 SMA 电缆将该触发器返回到两个 TDC7200 设备的 STOP 引脚。接收到 STOP 触发器后,TDC 将通过表示寄存器内在等待新的测量结果的中断行为(INTB 引脚)向 MCU发送信号。如果未收到 STOP 信号,时钟计数器或粗略计数器将发生溢出并生成中断。根据预期的 ToF,可使用两种不同的模式来配置 TDC7200。测量模式 1 适用于预期 ToF 小于 500ns 的情况,而测量模式 2 适用于预期 ToF 大于 500ns 的情况。根据所选的测量模式,可使用两种不同的方式来计算 ToF:
  要测量本参考设计中两个 TDC7200 设备的差分测量,建议使用测量模式 2(即使 ToF 低于 500ns)。校准以获取 LSB 的实际值,即 normLSB。请记住,LSB 的实际值可能会因环境变量(温度、系统噪声等)而异。这种差异可能会导致测量结果出现严重的误差。由于设备存在一定的内部延迟,测量结果还会发生偏移误差。

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