【導(dǎo)讀】在激光測(cè)距系統(tǒng)的核心——高保真模擬信號(hào)鏈設(shè)計(jì)中，工程師面臨的遠(yuǎn)非簡(jiǎn)單的芯片選型。從納秒級(jí)微弱光脈沖的捕捉，到毫微秒量級(jí)精確閾值判決，再到驅(qū)動(dòng)噪聲下的電源潔凈，每一個(gè)環(huán)節(jié)都深刻制約著最終的測(cè)距精度與可靠性。芯佰微電子（Corebai）深刻理解這些底層挑戰(zhàn)，憑借在高性能模擬芯片領(lǐng)域的深厚積累，提供了一套從信號(hào)調(diào)理、電源管理到通信接口的全鏈路國(guó)產(chǎn)化解決方案。本文將以具體的器件組合與系統(tǒng)架構(gòu)為例，詳解如何構(gòu)建一個(gè)高性能、可量產(chǎn)、自主可控的激光測(cè)距模擬信號(hào)鏈，直擊行業(yè)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)。
一、行業(yè)技術(shù)綜述與痛點(diǎn)解析
在激光測(cè)距系統(tǒng)的核心——高保真模擬信號(hào)鏈設(shè)計(jì)中，工程師面臨的遠(yuǎn)非簡(jiǎn)單的芯片選型。從納秒級(jí)微弱光脈沖的捕捉，到毫微秒量級(jí)精確閾值判決，再到驅(qū)動(dòng)噪聲下的電源潔凈，每一個(gè)環(huán)節(jié)都深刻制約著最終的測(cè)距精度與可靠性。芯佰微電子（Corebai）深刻理解這些底層挑戰(zhàn)，憑借在高性能模擬芯片領(lǐng)域的深厚積累，提供了一套從信號(hào)調(diào)理、電源管理到通信接口的全鏈路國(guó)產(chǎn)化解決方案。本文將以具體的器件組合與系統(tǒng)架構(gòu)為例，詳解如何構(gòu)建一個(gè)高性能、可量產(chǎn)、自主可控的激光測(cè)距模擬信號(hào)鏈，直擊行業(yè)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)。
芯佰微（Corebai）立足于深耕多年的高性能模擬集成電路，提供覆蓋模擬前端、電源管理、電壓檢測(cè)及接口通信的器件組合方案，包括運(yùn)算放大器、比較器、線性穩(wěn)壓器、RS-232 接口芯片以及 USB 微控制器，形成完整、可量產(chǎn)的應(yīng)用級(jí)解決方案。
二、系統(tǒng)架構(gòu)與器件分工
在該結(jié)構(gòu)中，芯佰微器件的功能分配如下：
●回波信號(hào)放大采用 CBM8051、CBMV358、CBMV722 運(yùn)算放大器；
●電池閾值檢測(cè)采用 CBM2903 比較器；
●穩(wěn)壓模塊采用 CBM1117 線性穩(wěn)壓器；
●外部串口通信采用 CBM3232；
●系統(tǒng)主控及 USB 接口采用 CBM9002。
1、回波信號(hào)模擬前端設(shè)計(jì)
(1) 前級(jí)高速放大：CBM8051
光電接收器輸出的回波信號(hào)通常幅度極小、邊沿陡峭，需要高速、低噪聲的放大器進(jìn)行前級(jí)處理。
CBM8051 支持 2.5V～5.5V 單電源供電，采用軌到軌輸出結(jié)構(gòu)，小信號(hào)帶寬典型可達(dá) 150MHz～250MHz，輸入偏置電流典型為 1pA，每通道靜態(tài)電流約 2.8mA。
在系統(tǒng)中，CBM8051 用作接收端前級(jí)放大器，對(duì)光電接收器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行高速放大，同時(shí)保持較低失真和較高帶寬，為后續(xù)混頻、濾波和采樣提供高質(zhì)量模擬信號(hào)基礎(chǔ)。
(2) 中后級(jí)放大與濾波：CBMV358 與 CBMV722
回波信號(hào)經(jīng)解調(diào)或混頻后，仍需進(jìn)行幅度調(diào)整、濾波整形并驅(qū)動(dòng) ADC。
CBMV358 增益帶寬約 1.1MHz，靜態(tài)電流約 60～80μA，具備軌到軌輸入輸出、毫伏級(jí)輸入失調(diào)電壓和皮安級(jí)輸入偏置電流，適合用于低功耗濾波和緩沖級(jí)。
CBMV722 增益帶寬為 10MHz，壓擺率約 7V/μs，同樣支持軌到軌輸入輸出，在速度與功耗之間取得平衡。
在系統(tǒng)中，這兩類運(yùn)算放大器主要承擔(dān) Mixer 后信號(hào)的二次放大、有源濾波和 ADC 輸入緩沖功能，保證信號(hào)幅度、頻帶和穩(wěn)定性滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換精度要求。
2、電池電壓檢測(cè)：CBM2903 比較器
激光測(cè)距儀多為電池供電，必須對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
CBM2903 為雙通道比較器，供電范圍覆蓋 2V～30V，輸入失調(diào)電壓典型值 ±1mV，每通道靜態(tài)電流為微安級(jí)，輸出為開漏結(jié)構(gòu)，響應(yīng)時(shí)間約 1.3μs。
在系統(tǒng)中，CBM2903 接入電池分壓網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)際電池電壓與設(shè)定參考閾值比較，并將結(jié)果輸出給 MCU，用于實(shí)現(xiàn)低電量報(bào)警、充滿判斷以及系統(tǒng)掉電保護(hù)邏輯。其寬電壓范圍和低功耗特性，適合便攜式、長(zhǎng)續(xù)航的測(cè)距設(shè)備。
3、電源穩(wěn)壓設(shè)計(jì)：CBM1117
系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)為“電池 → 充電管理 → DC-DC 升壓 → LDO 穩(wěn)壓”。其中 LDO 采用 CBM1117。
CBM1117 最大輸入電壓 15V，支持 1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5V 等固定輸出或可調(diào)輸出，最大輸出電流 0.8A，典型壓降約 1.39V，負(fù)載調(diào)整率典型 0.2%～0.4%，并具備過流與過熱保護(hù)功能。
在激光測(cè)距儀中，CBM1117 用于給 MCU、運(yùn)放、ADC 等敏感模塊提供低噪聲、穩(wěn)定電源，降低 DC-DC 升壓紋波對(duì)模擬前端和測(cè)量精度的影響，是系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
4、串口通信接口：CBM3232
在工業(yè)或調(diào)試應(yīng)用中，測(cè)距儀常通過 RS-232 與上位機(jī)或控制系統(tǒng)通信。
CBM3232 兼容 EIA/TIA-232 標(biāo)準(zhǔn)，工作電壓 3.3V 或 5V，最高通信速率 120kbps，內(nèi)部集成電荷泵，無需外部負(fù)電源，同時(shí)具備增強(qiáng)型 ESD 防護(hù)能力。
在系統(tǒng)中，CBM3232 完成 MCU TTL 電平與 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)電平之間的轉(zhuǎn)換，用于參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)導(dǎo)出和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，滿足工業(yè)環(huán)境對(duì)可靠通信接口的要求。
5、主控與 USB 接口：CBM9002
系統(tǒng)主控采用 CBM9002 USB 微控制器。該器件基于增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，支持 12MHz、24MHz、48MHz 工作頻率，片上集成 16KB SRAM，工作電壓 3.3V，5V 容限輸入，內(nèi)置 USB2.0 收發(fā)器，支持全速和高速模式，并提供 UART、I2C 及多路 GPIO 接口。
在激光測(cè)距儀中，CBM9002 集成 USB 接口，使測(cè)距設(shè)備可直接與 PC 連接，用于數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)升級(jí)和調(diào)試。
該方案在性能、功耗和系統(tǒng)完整性之間取得平衡，為激光測(cè)距設(shè)備在工程測(cè)量、工業(yè)檢測(cè)及便攜式應(yīng)用領(lǐng)域提供成熟、可量產(chǎn)、可國(guó)產(chǎn)替代的整體解決方案。
技術(shù)聲明： 本文所述所有產(chǎn)品參數(shù)均以芯佰微電子（CoreBai）發(fā)布的最新版本規(guī)格書為準(zhǔn)。
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