基于EF2 SOC FPGA的相位激光测距

发布时间2020-03-03

相位激光测距实现的测距精度次于三角测距（约1mm测距精度），测量距离适中（<200米），成本最低，但限于MCU资源和MCU主频，相位测距的测量频率较低，然而大部分工业应用场合都需要高速高精度低成本的测距传感器，实时监测工件运动的距离信息，传统的基于MCU的激光测距方案测量速度（最快大约30HZ）已不能满足要求，在物体运动过程中回光亮发生变化，系统还要花费额外的时钟资源在闭环增益调整上，测量速率就更低了。

针对此痛点，ANLOGIC推出了基于EF2 FPGA的相位激光测距方案，实现相位测距的高速（>100HZ）测量，发挥相位测距在工业应用领域的高精度低成本优势。

传统基于MCU的双发单收相位激光测距系统原理如下图：

图中，相位测距系统主要由系统增益控制，PLL控制，中频数字采样，数字信号处理，距离计算，用户接口协议几个关键部分构成。其中中频信号的采样处理，距离计算，人机交互接口占用整个系统的大部分资源，尤其是相位检测过程使用了FFT，数字相位计算，占用了大部分的系统时钟资源。

基于EF2 FAGA+M3的激光测距系统，将基本外设接口激光功率控制，APD增益控制，PLL控制，ADC采样，DFT,以及距离计算部分，全部放到FPGA逻辑内，M3硬核采用RTOS系统处理人机交互界面，电源管理，人机交互接口的工作，这样做的好处是基本驱动和计算单元全部用逻辑实现，使处理过程需要的时间最小化。

由于有充足的时间资源，可以将测距中频信号提高至10K或者更高，以实现高测量频率（>100HZ）下的高精度（1mm）测距。