一种基于TOF模组的同轴线电源数据传输装置及方法与流程

一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置及方法
技术领域
1.本发明涉及tof技术领域，具体涉及一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置及方法。


背景技术：

2.tof是time of flight的简写，直译为飞行时间的意思。飞行时间技术在广义上可理解为通过测量物体、粒子或波在固定介质中飞越一定距离所耗费时间，从而进一步理解离子或媒介某些性质的技术。3d tof模组相机是采用最先进的三维立体成像技术打造而成距离检测及3d成像的技术产品。现已广泛应用于消费类的人脸识别以及车载类的face id 和oms等应用。现有消费类以及车载类tof模组往往需要较长且较为繁琐的出线和布线方式，极大地影响了系统布局美观性加大了布局难度和安装成本，另外由于3d tof模组需要实时传输大量的视频流数据，使得数据传输时易受瞬时功率波动影响从而导致传输数据出现数据失真的问题。
3.如中国专利cn207880678u，公开日2018年9月18日，一种基于tof模组的智能车灯，包括车灯壳，所述车灯壳设置有氙气灯座，所述氙气灯座上设置有氙气远光灯，所述氙气远光灯的下端安装有氙气近光灯，所述氙气近光灯的下方安装有氙气雾灯，所述氙气灯座的另一端安装有散热铝板，散热铝板的上端安装有感应摄像头，所述散热铝板的下端安装有光照传感器，所述光照传感器的一侧安装有控制处理器，所述控制处理器上安装有色温转换模块，所述色温转换模块的下方安装有tof模块，所述tof模块的下方安装有灯光转换模块，所述控制处理器的一端通过集线管穿过散热铝板与氙气灯座相连接。其存在出线和布线繁琐、供电要求高、数据传输易受干扰等问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：目前的基于tof模组的传输系统存在出现布线布置困难的技术问题。提出了一种能够节省tof模组传输系统接线数量，实现装置小型化的基于tof模组的同轴线电源数据传输装置及方法。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，包括tof模组模块、交互子模块和控制器模块，所述tof模组模块内设有交互子模块，所述交互子模块内设有同轴连接装置，所述tof模组模块通过交互子模块与所述控制器模块连接。
6.电源由控制器端经过poc即交互子模块供给到tof模组端，经过交互子模块内的电感滤掉交流信号后得到较为纯净的电源给模组端供电。tof模组模块与控制器模块之间设置同轴线缆，数据信号则是通过poc即交互子模块在模组端和控制器端进行双向传输。
7.作为优选，所述交互子模块包括电源单元、数据单元和fakra连接单元，所述电源单元和所述数据单元均与所述fakra连接单元连接，所述fakra连接单元与所述控制器模块连接。
8.交互子模块的三个单元分别负责电源供电、数据传输和同轴线缆连接问题。
9.作为优选，所述电源单元包括电感l1、电感l2、电阻r1、电阻r2和变压器l3，电感l1与电阻r1并联，电感l2与电阻r2并联，电压输入端与电感l1的一端连接，电感l1的另一端与电感l2的一端连接，电感l2的另一端通过变压器l3与fakra连接单元连接。
10.电压输入端为vin端，电源单元主要由串联电感组成，为了使dc power电路对data正向通道不产生干扰，需确保此电路的阻抗对正/反向数据通道足够大，通常使其大于线路特性阻抗（coax 50ω）=1k ω（1mhz~850mhz）。
11.作为优选，数据单元包括电容c1、电容c2和电阻r3，第一信号输出端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端与fakra连接单元连接，第二信号输出端依次串联电容c2和电阻r3后接地。
12.第一信号输出端为doutp端，第二信号输出端为doutn端，数据单元主要由串联电容组成，使用100nf电容隔离dc电源部分，电容选择原则：1mhz~850mhz带宽区间拥有很小的高频阻抗，同时低esl对线路传输不产生干扰。
13.作为优选，fakra连接单元包括fakra连接器j3，fakra连接器j3的rf端分别与电源单元和数据单元连接，fakra连接器j3的gnd端接地，fakra连接器j3的其余接口与fakra连接器j3的gnd端连接。
14.fakra连接器j3的rf端分别与电源单元和数据单元连接即fakra连接器j3的rf端分别与电源单元的变压器l3和数据单元的电容c1的另一端连接，fakra连接器主要是本装置与控制器进行交互所需要的硬件接口，使用特性阻抗为50ω的同轴线缆进行传输电源和数据。
15.一种基于tof模组的同轴线电源数据传输方法，利用上述装置，包括步骤：通过方波脉冲调制的方式驱动光源发光，输出固定频率、固定幅值的方波；通过交叉传输的方式控制配置数据传输于帧间休息期，降低耦合的噪声对上传输数据的影响。
16.方波脉冲调制方式是通过传感器的激光驱动管脚输出固定频率如100mhz，固定幅值如3.3v的方波，方波的脉宽即为光源开启时间。另外增加了单帧间的休息期，从而降低功率，有利于器件的小型化。
17.作为优选，通过交叉传输的方式传输数据的过程包括：tof模组模块在接收到一帧图像时设定延时t毫秒后发送配置数据。
18.本方法使用的脉冲调制方式使得每一帧数据都包含4个快门和一个较大的休息期，以每秒25帧为例，每一帧一共40ms，休息期有13ms。软件端在接收到一帧图像之后设定1ms即t毫秒延时后将低速的i2c等配置数据发送出去，配置数据一般较小，通常小于10个字节，传输时间小于500us。所以延时1ms能够完全保证配置数据传输于帧间休息期，以避免耦合的噪声对poc上传输数据的影响。
19.本发明的实质性效果是：本发明包括tof模组模块、交互子模块和控制器模块，通过交互子模块的同轴连接装置节省tof模组传输系统接线数量，通过方波脉冲调制的方式驱动光源发光，解决了tof模组的低功耗及小型化问题，通过交叉传输的方式控制配置数据传输于帧间休息期，避免了poc传输过程中大电流对传输数据的耦合噪声影响，有效避免了poc传输过程中的数据失真问题。
附图说明
20.图1为本实施例的组成示意图；图2为本实施例的硬件原理图；图3为本实施例的tof相机的光波形图；图4为本实施例的tof相机脉冲调制过程中插入配置数据波形图。
21.其中：1、tof模组模块，2、交互子模块，3、控制器模块，4、电源单元，5、数据单元，6、fakra连接单元。
具体实施方式
22.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
23.一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，如图1所示，包括tof模组模块1、交互子模块2和控制器模块3，tof模组模块1内设有交互子模块2，交互子模块2内设有同轴连接装置，tof模组模块1通过交互子模块2与控制器模块3连接。电源由控制器端经过poc即交互子模块2供给到tof模组端，经过交互子模块2内的电感滤掉交流信号后得到较为纯净的电源给模组端供电。tof模组模块1与控制器模块3之间设置同轴线缆，数据信号则是通过poc即交互子模块2在模组端和控制器端进行双向传输。
24.交互子模块2包括电源单元4、数据单元5和fakra连接单元6，如图2所示，电源单元4和数据单元5均与fakra连接单元6连接，fakra连接单元6与控制器模块3连接。
25.电源单元4包括电感l1、电感l2、电阻r1、电阻r2和变压器l3，电感l1与电阻r1并联，电感l2与电阻r2并联，电压输入端即vin端与电感l1的一端连接，电感l1的另一端与电感l2的一端连接，电感l2的另一端通过变压器l3与fakra连接单元6连接。数据单元5包括电容c1、电容c2和电阻r3，第一信号输出端即doutp端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端与fakra连接单元6连接，第二信号输出端即doutn端依次串联电容c2和电阻r3后接地。fakra连接单元6包括fakra连接器j3，fakra连接器j3的rf端分别与电源单元4和数据单元5连接，fakra连接器j3的gnd端接地，fakra连接器j3的其余接口与fakra连接器j3的gnd端连接。
26.本实施例包括电源部分，数据部分以及fakra连接器部分。电源部分主要由串联电感组成，为了使dc power电路对data正向通道不产生干扰，需确保此电路的阻抗对正/反向数据通道足够大，通常使其大于线路特性阻抗（coax 50ω）=1k ω（1mhz~850mhz）。本发明采用6.8
µ
h电感，其特性阻抗》1 kω@1mhz（低通反向通道）；但由于电感在实际使用中存在寄生电容，会使其阻抗在大于70mhz时《1 kω，从而会对正向通道数据传输产生干扰。
27.为了提高poc电路在正向数据通道频率范围内的阻抗，我们需要第二个电感。正向数据通道下边沿带宽为~70mhz（最大值），同样，我们若使低pclk（35mhz）频率带宽数据通过，电感可选择阻抗》1 kω@35mhz，此电感值为2.2
µ
h。低频时有很低阻抗可以使dc power很容易通过，高频（1mhz~》1ghz时）时有大于》1kω/2kω的特性阻抗能阻止正向通道数据及反向通道数据通过。
28.其中的电感选择原则：大电感和小电感组合后的特性阻抗曲线需保证在》1 kω @1mhz~1.74ghz。为了防止阻抗发生突变，可在电感两端并联1 kω电阻。使poc电路的直流阻抗为0、高频时阻抗为1kω。同时电感选择需考虑其最大饱和电流，高于饱和电流时，电感不
再呈现电感特性。若摄像头尺寸要求严格，可通过提高poc的dc电压值降低其最大电流，从而减小电感的尺寸。
29.数据部分主要由串联电容组成，使用100nf电容隔离dc电源部分，（电容选择原则：1mhz~850mhz带宽区间拥有很小的高频阻抗，同时低esl对线路传输不产生干扰。）差分信号输出端，fakra连接器主要是本装置与控制器进行交互所需要的硬件接口，使用特性阻抗为50ω的同轴线缆进行传输电源和数据。
30.本实施例相关术语解释包括：poc:同轴电源传输 power over coaxiatof:飞行时间法测距 time of flightlvds：低电压差分信号 low-voltage differential signalingmipi：移动产业处理器接口mobile industry processor interfaceisp：图像信号处理 image signal processingecu:电子控制单元 electronic control unit。
31.为降低tof模组（相机）的功耗，本实施例使用了脉冲调制的方式驱动光源发光，一般采用方波脉冲调制，这是因为它用数字电路来实现相对容易。方波脉冲调制方式是通过传感器的激光驱动管脚输出固定频率（如100mhz），固定幅值（如3.3v）的方波，方波的脉宽即为光源开启时间。另外增加了单帧间的休息期如图3所示，其中a代表快门，b代表帧，从而降低功率，有利于器件的小型化。
32.poc在数据传输过程中快门器件由于瞬时电流较大，poc上耦合的噪声会影响低速信号的传输，造成数据失真，严重时会造成图像数据显示异常，具体表现为丢帧。为防止此类问题发生，本实施例在数据传输过程中使用了交叉传输的方式如图4所示，其中c代表休息期，d代表配置数据，即通过特定的软件处理将配置数据放置于帧间休息期，以避免耦合的噪声对poc上传输数据的影响。由于本实施例使用的脉冲调制方式的特殊性，每一帧数据都包含4个快门和一个较大的休息期，以每秒25帧为例，每一帧一共40ms，休息期有13ms。软件端在接收到一帧图像之后设定1ms延时后将低速的i2c等配置数据发送出去，配置数据一般较小，通常小于10个字节，传输时间小于500us。所以延时1ms能够完全保证配置数据传输于帧间休息期，以避免耦合的噪声对poc上传输数据的影响。
33.本实施例优点在于同时解决了tof模组（相机）的供电，传输，小型化，数据干扰等多个问题。且本实施例实施简单，且实用性强，适用所有类型tof模组（相机）。
34.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，其特征在于，包括tof模组模块（1）、交互子模块（2）和控制器模块（3），所述tof模组模块（1）内设有交互子模块（2），所述交互子模块（2）内设有同轴连接装置，所述tof模组模块（1）通过交互子模块（2）与所述控制器模块（3）连接。2.根据权利要求1所述的一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，其特征在于，所述交互子模块（2）包括电源单元（4）、数据单元（5）和fakra连接单元（6），所述电源单元（4）和所述数据单元（5）均与所述fakra连接单元（6）连接，所述fakra连接单元（6）与所述控制器模块（3）连接。3.根据权利要求1或2所述的一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，其特征在于，所述电源单元（4）包括电感l1、电感l2、电阻r1、电阻r2和变压器l3，电感l1与电阻r1并联，电感l2与电阻r2并联，电压输入端与电感l1的一端连接，电感l1的另一端与电感l2的一端连接，电感l2的另一端通过变压器l3与fakra连接单元（6）连接。4.根据权利要求1或2所述的一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，其特征在于，数据单元（5）包括电容c1、电容c2和电阻r3，第一信号输出端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端与fakra连接单元（6）连接，第二信号输出端依次串联电容c2和电阻r3后接地。5.根据权利要求1或2所述的一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，其特征在于，fakra连接单元（6）包括fakra连接器j3，fakra连接器j3的rf端分别与电源单元（4）和数据单元（5）连接，fakra连接器j3的gnd端接地，fakra连接器j3的其余接口与fakra连接器j3的gnd端连接。6.一种基于tof模组的同轴线电源数据传输方法，利用如权利要求1-5所述的任意一种基于tof模组的同轴线电源数据传输装置，其特征在于，包括步骤：通过方波脉冲调制的方式驱动光源发光，输出固定频率、固定幅值的方波；通过交叉传输的方式控制配置数据传输于帧间休息期，降低耦合的噪声对上传输数据的影响。7.根据权利要求6所述的一种基于tof模组的同轴线电源数据传输方法，其特征在于，通过交叉传输的方式传输数据的过程包括：tof模组模块（1）在接收到一帧图像时设定延时t毫秒后发送配置数据。

技术总结
本发明公开了一种基于TOF模组的同轴线电源数据传输装置及方法，包括TOF模组模块、交互子模块和控制器模块，通过方波脉冲调制的方式驱动光源发光，输出固定频率、固定幅值的方波；通过交叉传输的方式控制配置数据传输于帧间休息期，降低耦合的噪声对上传输数据的影响。本发明通过交互子模块的同轴连接装置节省TOF模组传输系统接线数量，通过方波脉冲调制的方式驱动光源发光，解决了TOF模组的低功耗及小型化问题，通过交叉传输的方式控制配置数据传输于帧间休息期，避免了POC传输过程中大电流对传输数据的耦合噪声影响，有效避免了POC传输过程中的数据失真问题。输过程中的数据失真问题。输过程中的数据失真问题。


技术研发人员：张灿伟 胡忠强 宋复俊 尚伟涛 张华
受保护的技术使用者：浙江光珀智能科技有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/5/25