用于通过光电检测器接收光学信号的激光雷达接收器电路的制作方法

本发明涉及一种激光雷达接收器电路，用于通过光电检测器接收光学信号，以便检测激光雷达接收器电路的周围区域中的事件或物体。激光雷达接收器电路具有接收器电路的冗余，用于降低故障概率。它包括具有多个光电检测器的光电检测器阵列，用于接收光学信号和用于输出测量信号。光电检测器以行和列的形式布置为二维矩阵。

背景技术：

1、激光雷达接收器电路和激光雷达传感器(lidar：光检测和测距)是一种光学传感器，其用于许多应用中，以便检测传感器的周围区域并最终对其进行评估。例如，激光雷达传感器被用于车辆中，以便检测车辆的周围区域并执行车辆的组件的相应调节。例如，当要对前方车辆进行距离测量时，可以使用激光雷达传感器。这种类型的传感器也用于车辆的自主或部分自主驾驶的情况中，在此期间，车辆的独立和自动减速、转向和加速是可能的。由此必须检测车辆的正前方的周围区域以及车辆周围的横向区域。由此在检测个体事件的情况下，经常使用直接飞行时间(time-of-flight)测量的方法。然后，通过形成直方图，可以从个体事件中形成关于车辆的周围区域看起来像什么以及物体是否位于车辆的附近的图片。

2、激光雷达接收器电路和激光雷达传感器通常包括以矩阵的形式布置的多个光电检测器或光电二极管。在汽车领域中，通常使用阵列，其具有多于160×50个光电检测器或传感器。激光雷达传感器另外包括具有多个晶体管的存储器。在分别具有大约260×80个像素或光电检测器的激光雷达传感器的情况下，数量大约为560万个晶体管。

3、尽管在最好的条件下和洁净室中进行了精心的生产，但是在生产期间还是会发生个体晶体管的故障，所述故障限制激光雷达传感器的功能或使整个传感器变成废物。因此，在没有冗余的存储器的实现期间，存在成品率损失(即个体晶体管的故障)的高可能性，这使传感器变成废物。

4、尽管激光雷达传感器的发展不断进步，但是对这些传感器的改进仍然有高的需求，特别是在降低生产期间的故障概率和成品率损失方面。

技术实现思路

1、所述目的通过具有权利要求1的特征的用于通过光电检测器接收光学信号的激光雷达接收器电路、通过具有权利要求14的特征的激光雷达接收器系统以及通过具有权利要求16的特征的方法来解决。

2、在本发明的上下文中已经确定，冗余的增加通常是用于减少成品率损失的有效手段。然而，晶体管或存储器单元的冗余导致这样的问题，即，极强并行化的结构然后在组件之间具有不同长的线路，并且导致飞行时间差异，这使得不可能使用该电路，或者以不可能实际使用的方式降低处理速度。

3、在一个方面中，本发明涉及一种激光雷达接收器电路，用于通过光电检测器接收光学信号，以便检测激光雷达电路的周围区域中的事件和物体。激光雷达接收器电路具有接收器电路的冗余，用于降低故障概率。它包括具有多个光电检测器的光电检测器阵列，用于接收光学信号和用于输出测量信号。光电检测器以多行和n列的形式布置为二维矩阵，其中n的数量大于1，即矩阵具有至少两列。

4、激光雷达接收器电路包括用于接收光电检测器的测量信号的i多个接收器电路，其中i的数量大于n。该电路具有m多个多路复用器，所述多路复用器电布置在光电检测器阵列和接收器电路之间，并且被连接到光电检测器和接收器电路。数量m由此大于1；优选地m＝n。

5、多路复用器中的至少一个被连接到一列光电检测器和至少两个接收器电路。每个接收器电路被配置成接收和处理一列光电检测器的测量信号。默认情况下，一列光电检测器被分配给每个接收器电路。多路复用器被配置成将一列光电检测器连接到除该接收器电路之外的接收器电路，该接收器电路默认被分配给该列光电检测器。

6、因此，多路复用器可以通过相应的互连将一列光电检测器分配给两个不同的、优选相邻的接收器电路，并且可以将该列光电检测器连接到所分配的接收器电路之一。当一个接收器电路发生故障时，这可以在生产中通过测量方法和默认运行的测量程序来确定，因此可以切换多路复用器，使得默认针对有缺陷的接收器提供的该列光电检测器与相邻的接收器电路互连。由于光电检测器的矩阵形布置和接收器电路的并行化布置，在多路复用器从接收器电路切换到相邻的接收器电路期间，线路路径仅变化非常小，甚至根本没有变化。因此，飞行时间的变化实际上不会发生或是可忽略的。因此，当一个接收器单元发生故障并且多路复用器切换到另一个接收器电路时，在飞行时间测量期间不会发生失真。

7、因此，到冗余接收器电路(例如其可以是sram块)及其包括异步时间戳锁存器的同样冗余控制块的路径可以保持尽可能短。特别地，对于激光雷达接收器电路的布局中的所有通道，光电检测器的列到多路复用器之间以及从多路复用器到连接到多路复用器的接收器电路之间的标称连接可以被相同地设计。即使在到相邻接收器电路的另一连接发生故障期间或者在多路复用器中的切换期间，飞行时间的改变也不会以这种方式发生。

8、在另一个方面中，本发明涉及一种激光雷达接收器系统，其包括如这里所描述的激光雷达接收器电路，并且包括测试电路。测试电路被配置成接触所有接收器电路并执行预定测试，以便检测接收器电路的缺陷。

9、基于对接收器电路的缺陷的检测，可以控制所连接的多路复用器，使得它激活到同样被连接到该多路复用器的相邻接收器电路的连接，并且将来自分配给该多路复用器的光电检测器的列的信号引导到没有缺陷的另一个接收器电路。

10、在另一个方面中，本发明涉及一种激光雷达接收器电路，如刚刚描述的，其另外包括用于发射可见光或不可见光范围内的光学辐射的光源，该光学辐射能够被光电检测器检测到。激光雷达接收器系统以这样的方式来配置：由激光雷达接收器系统的周围区域中或附近的物体反射的发射的光学辐射由光电检测器阵列的光电检测器中的至少一个检测到，并且在接收器电路中的至少一个中处理。

11、本发明的另外的方面涉及相应的方法和具有当程序代码在计算机上运行时用于执行该方法的步骤的程序代码的计算机程序产品，以及其上存储了计算机程序的存储介质，当计算机程序在计算机上运行时，其实现本文中描述的方法的执行。

12、根据另一个方面，本发明涉及一种包括本文中描述并在权利要求中限定的激光雷达接收器电路的激光雷达接收器，或者涉及一种激光雷达系统。

13、本发明的另一方面涉及一种包括激光雷达系统或激光雷达接收器系统的车辆，该激光雷达系统或激光雷达接收器系统包括如权利要求中所限定和本文中所描述的激光雷达接收器电路。

14、从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提及的特征和将在下面描述的特征不仅可以在相应指定的组合中使用，而且还可以在其他组合中使用或单独使用。该方法和计算机程序产品可以特别地根据在从属权利要求中针对设备描述的实施例来配置。

15、在激光雷达接收器电路的优选实施例中，接收器电路彼此独立。每个接收器电路独立地工作，并且不受相邻电路影响。

16、在优选实施例中，测量信号的异步处理发生在独立的接收器电路中。因此，接收器电路不依赖于公共时钟信号。一旦测量信号被施加到接收器电路，则每个接收器电路就工作。通过系统时钟的同步是不必要的。

17、激光雷达接收器电路的优选实施例规定，如果已经存在默认分配的接收器电路到光电检测器的另一列的连接，则多路复用器之一将一列光电检测器连接到除默认分配的接收器电路之外的接收器电路。借助使用连接到至少两个、优选三个或四个、优选相邻的接收器电路的几个多路复用器，从而接收器电路分别与两个或三个、或分别与四个多路复用器通信。当一个接收器电路发生故障时，由多路复用器以这样的方式进行分配：即可以通过其来在多路复用器和接收器电路之间传输测量信号的有效连接被新的有效连接替换。当一个接收器电路发生故障时，因此可能需要几个多路复用器重新激活到接收器电路的已经存在的连接，或者必须分别切换有效的连接，以便建立新的连接。这可能是必要的，以便确保仅一列光电检测器被分配给每个接收器电路，并且每个接收器电路仅处理来自一列光电检测器的测量信号。当一个接收器电路发生故障时，仍保持了多路复用器与接收器电路的1∶1分配。

18、激光雷达接收器电路的优选实施例以这样的方式来配置：即当检测到接收器电路之一的缺陷时，相应的多路复用器将光电检测器的相应列连接到另一接收器电路。多路复用器优选地被连接到一个接收器电路，对该接收器电路而言，到具有光电检测器的列的连接尚不存在。否则，还必须通过另一个多路复用器针对新选择的接收器电路进行新的分配。

19、在接收器电路的优选实施例中，当检测到第q个接收器电路的(第一)缺陷时，对应的第q个多路复用器将把光电检测器的第q列连接到减少了1的接收器电路(第q-1个接收器电路)。所有第一到第q-1个多路复用器根据相同的原理改变光电检测器的列和接收器电路之间的分配。该过程优选地针对所有小于或等于m/2的q进行。由此q和m是自然数；m是多路复用器的数量。

20、因此，多路复用器的这种切换优选地分别针对接收器电路的行中的多路复用器或接收器电路的前一半进行。

21、因此，当在接收器电路的前一半中检测到缺陷时，优选地发生这种互连。

22、换句话说：当检测到第q个接收器电路的缺陷时，相应的第q个多路复用器将光电检测器的第q列连接到减少了1的接收器电路，并且将优选以固定顺序布置的所有1到第q-1个多路复用器、第r-1个接收器电路连接到光电检测器的第r+1列。根据相同的原理改变或建立列和接收器电路之间的分配。由此r是自然数。因此，发生为下一个较低的接收器电路分配光电检测器的增加了1的列。

23、如果检测到一个接收器电路的另外的缺陷，例如第q个接收器电路的缺陷，则相应的第q个多路复用器用增加了1的接收器电路(q+1)切换光电检测器的第q列，并连接它。对于所有第q+1到第m个多路复用器发生相同的情况，所述多路复用器优选地以固定顺序布置，其将第r+1个接收器电路连接到光电检测器的第r-1列。在列和接收器电路之间的分配根据相同的原理发生，并且建立连接，使得这优选地适用于所有大于或等于m/2的q，其中q和r以及m是自然数，并且m表示多路复用器的总数。

24、激光雷达接收器电路中的接收器电路的数量i特别优选地大于多路复用器的数量m。i优选地大于或等于m+2，这意味着接收器的数量比多路复用器的数量大2或更多。特别优选地，i大于或等于m+3，因此接收器电路的数量比多路复用器的数量多至少3。因此，以这样的方式手中(athand)就有了冗余：即，分别在激光雷达接收器电路中提供两个附加接收器电路或三个附加接收器电路，并且两个或三个接收器电路可能分别有缺陷，而不必停止使用激光雷达接收器电路。

25、在优选实施例中，在激光雷达接收器电路中使用的多路复用器或多路复用器中的至少一个分别是1∶x多路复用器。然后，一列光电检测器可以通过多路复用器连接到x个接收器电路。x-1由此等于接收器电路的数量i与光电检测器的列的数量n之差。优选地，x＝3，特别优选地，x＝5。

26、在激光雷达接收器电路的优选实施例中，多路复用器的数量m等于光电检测器的列中的数量n。因此，给每列光电检测器分配一个多路复用器。

27、激光雷达接收器电路的特定实施例规定，接收器电路是tdc电路，即时间到数字转换电路。

28、激光雷达接收器电路的接收器电路优选地包括存储器单元，该存储器单元特别优选地具有sram存储器。还优选地，接收器电路包括直方图存储器，以便形成光学事件的直方图，并且能够从发生的光学事件的数量得出激光雷达接收器电路的附近的物体的结论。

29、激光雷达接收器电路的优选实施例规定，光电检测器包括光电二极管，优选为雪崩二极管。在高度优选的实施例中，光电检测器包括单光子雪崩二极管(spad)。光电检测器附加地包括读出电路。

30、根据激光雷达接收器电路的优选实施例，其包括移位寄存器，其中多路复用器的设置被存储在移位寄存器中。一列光电检测器到接收器电路的默认分配优选地被存储在移位寄存器中，特别优选地附加地或替代地，光电检测器的列到接收器电路的当前分配被存储在移位寄存器中。

31、根据本发明的用于绕过被配置用于通过光电检测器接收光学信号和用于检测电路的周围区域中的物体的激光雷达接收器电路的有缺陷的接收器电路的方法包括以下步骤：n列光电检测器到m个多路复用器的i-x接收器电路的默认分配的产生在第一步骤中发生。由此适用的是m＝i-n。换句话说，接收器电路的数量i是光电检测器的列的数量的x倍。然而，通过该步骤，一列光电检测器仅被分配给与光电检测器的列一样多的接收器电路。冗余接收器电路不经历分配。尽管如此，正如所有其他接收器电路一样，冗余接收器电路也被连接到至少一个多路复用器。

32、在进一步的步骤中进行第q个接收器电路的缺陷的检测。

33、在分配步骤中，通过第q个多路复用器将当前光电检测器的第q列分配给另一个接收器电路。因此取消光电检测器的列到接收器电路的默认分配，并且通过相应的(分配的)多路复用器执行新的分配。这发生在第一接收器电路有缺陷的情况下，其中光电检测器的第1至第q列被分配给相应的先前的接收器电路，因此这里是第q-1个接收器电路。

34、在该方法的优选实施例中，在另一个接收器电路有另外的缺陷的情况下，光电检测器的第q至第n列被分配给相应的后面的(第q+1个)接收器电路。