8、激光雷达信号处理：TIA与定时鉴别器技术解析

激光雷达信号处理：TIA与定时鉴别器技术解析

1. LiDAR在消费电子中的应用

LiDAR（激光雷达）技术在消费电子领域得到了广泛应用。例如，2020年10月发布的iPhone 12 Pro和Pro Max，在背部靠近摄像头的位置安装了固态LiDAR，将其应用拓展到了3D世界。

2. 跨阻放大器（TIA）

在接收器中，工作在线性模式的APD（雪崩光电二极管）虽然增益较大，但当目标距离接收器较远时，返回脉冲的功率仍然极其微弱。微弱信号难以被测量仪器或电子电路高精度测量，因此需要放大器将信号放大到更高水平以便后续处理。

2.1 电流 - 电压转换

APD或其他光电二极管输出的是电流信号，不适合电子电路处理，需要将其转换为放大后的电压信号。实现电流 - 电压转换有被动和主动两种方法：
- 被动转换 ：根据欧姆定律，电流通过电阻时会产生与电流和电阻值成正比的电压降，这是最基本的电流 - 电压转换器，但在存在显著输入电容时，频率带宽较低。
- 主动转换 ：使用运算放大器（op - amp）的跨阻放大器（TIA）是一种主动电流 - 电压转换方法。通过运算放大器可以控制输入阻抗和输出阻抗，并且可以根据需求配置电路的带宽和增益响应。

2.2 基本TIA电路

基本的运算放大器TIA是一个带有负反馈的简单反相放大器，运算放大器的同相输入接地，反馈电阻连接在反相输入和输出之间。输出电压计算公式为 (V_{out}=-I\times R_f)，跨阻为 (R_f)。

在设计TIA时，选择反馈电阻 (