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激光测距系统整形模块和低通滤波模块优化设计

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激光测距系统整形模块和低通滤波模块优化设计 第21卷第10期 2013年10月
文章编号1004-924X(2013)10-2527-08
光学精密工程
Optics and Precision Engineering
Vol.21No.10
Oct.2013
激光测距系统整形模块和低通滤波模块优化设计
尤政1,2*,杨冉1-2,张高飞1,2,薛旭峰1,叶良琛1.2
(1.清华大学精密仪器系,北京100084;2.清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京100084) 摘要:由于减小相位式激光测距系统的鉴相误差可提高测距精度,本文对鉴相器前置整形模块和后置滤波模块进行了优化设计,以提高鉴相精度。针对整形模块,引人了迟滞比较器,克服了传统开环比较电路在实际噪声条件下存在的多重触发缺陷,解决了鉴相器输出方波高电平宽度不稳定的间题。针对滤波模块,介绍了基于MC4044鉴相芯片的两种典型放大/滤波电路及其缺陷,使用FilterPro软件设计了4阶有源低通滤波器,并说明了它相对于典型设计的优势。实验结果表明:相比于开环比较器,本文设计的迟滞比较器慧免了接地(GND)噪声引起的多重跳变现象,输出方波的上升沿时间由1.66μs下降为108ns;与基于MC4044的两种典型放大/滤波模块设计相比,本文设计的低通滤波电路克服了输出 DC电平值非线性变化的缺陷线性度(R)值由0.9083提高至0.9999)和灵敏度较低的缺陷(转化增益常量提高了 96.5%),而输出DC电平上的干扰信号峰峰值则由50~230mV下降至10~20mV,有效减少了后级的A/D采样误差提高了鉴相精度。
关键调:激光测距系统;萎相精度;退滞比较器;整形模块;放大/滤波模块
中图分类号:TN247:TN713
文献标识码:A
doi:10.3788/OPE.20132110.2527
Optimizationofshapingcircuitandlow-passfilter
inlaserrangingsystem
YOU Zheng-, YANG Ran'-, ZHANG Gao-feil-*, XUE Xu-feng', YE Liang-chen'-(1.DepartmentofPrecisionInstrument,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China 2.StateKeyLaboratory ofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments,
TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
+Correspondingauthor,E-mailyz-dpimail.tsinghua.edu.cn
Abstract: As the phase discrimination error of a phase laser ranging system effects its ranging accura cy, this paper optimizes the designs of a preceding stage (shaping circuit) and a subsequent stage(low-pass filter) in the phase detector. For the shaping circuit, a comparator with hysteresis was de signed to avoid the multiple-triggered phenomenon caused by the noise on GND for open loop filters and stabilizes the output of phase detector. For the low-pass filter, two typical amplifier/filter circuits based on MC4044 and their defects were introduced, a 4th-order low-pass filter was designed by using FilterPro, and its advantages were presented. Experimental results indicate that the multiple-trig gered phenomenon is eliminated by using the hysteresis comparator designed, and the rise-time of out
收稿日期:2013-04-10;修订日期:2013-05-13
基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.20124302056)
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