上篇：雷达脉冲ToF电路设计（十）

信噪比

信噪比定义为信号功率与背景噪声（或无用信号）功率的比率。

对于基于 TDC 的信号链，请谨慎选择检测阈值。当电平超过该阈值时，则表明检测到信号。

要检测单个事件（生成和处理单个 STOP 信号）时，需选择相应的阈值，使发生误报的几率在系统性能的可接受范围内。

在此提醒，白高斯噪声的即时值高于信号的标准偏差（也称为 RMS 值），其值为 16%。因此，如果系统可以容纳高于 16% 的假性 ToF 结果（通过求平均值或查看其他系统级别的稳健性），则输入阈值可以设置为背景噪声级别的平均值加上其 RMS 值。假设背景噪声的均值为零，下表总结了在此情况下的系统稳健性。

考虑到该噪声的白高斯特性，触发时间将均匀分布在 0 和理论 ToF 值之间。

测量多个 STOP 脉冲的功能将有助于提高稳健性，因为可以拒绝未按传输模式间隔的脉冲组。

检测对象从单脉冲上升沿转变为所有过零情况，这有助于进一步提高 SNR。通过针对所有信号选择一个任意振幅，还可以使用 Logan 设置的理论框架。SNR 高于功率比值，是振幅平方的比值。如果将任意幅度选作“1”（一），则 SNR 将变为脉宽平方的比值：

换言之，在一定的时域内，SNR 是信号脉宽平方与噪声脉宽平方的比值。

测试设置

实际测试，该参考设计为 BoosterPack™形式。这使得该设计可以连接 TI LaunchPad™以轻松使用和评估。所选的LaunchPad 包含 MSP430FR5969，这是一个 16MHz 超低功耗微控制器，配备有 60KB FRAM、2KB
SRAM 和 40IO。微控制器可启动相应的序列来触发两个 TDC7200 设备，它们将测量光在物体之间传输所需的时间，以及驱动激光的 UCC27321 的相应情况。

本参考设计的重点在于，使用两个 TDC7200 设备描述差分 ToF 测量法的特点。为此，需计算出两个TDC7200 设备的差分测量的误差。该误差是两个 TDC7200 设备接收到完全相同的 START 和 STOP 脉冲
后的 ToF 差值，ToF 是 START 和 STOP 脉冲之间的间隔时间TDC7200 具有 12ns 的消隐时间。对于短距离传感而言，此消隐时间太长了。本参考设计几乎不允许 TDC测量出现任何消隐时间。

下图显示了测试设置。LaunchPad 的 GPIO 引脚生成脉冲触发器。该引脚连接两个 TDC7200 设备的START 引脚，以及波形发生器 HP33250A 的 TRIG 输入。接收到 START 脉冲，并且 MSP430FR5969 发出的外部时钟信号出现下一个上升沿后，TDC7200 的时钟计数器开始计数。该时钟可以设置为 1MHz、4MHz 和 16MHz。与此同时，接收到 START 脉冲后，波形发生器会生成用户设置的延迟并输出 STOP 触发器，然后系统会通过相同长度的 SMA 电缆将该触发器返回到两个 TDC7200 设备的 STOP 引脚。接收到 STOP 触发器后，TDC 将通过表示寄存器内在等待新的测量结果的中断行为（INTB 引脚）向 MCU发送信号。如果未收到 STOP 信号，时钟计数器或粗略计数器将发生溢出并生成中断。根据预期的 ToF，可使用两种不同的模式来配置 TDC7200。测量模式 1 适用于预期 ToF 小于 500ns 的情况，而测量模式 2 适用于预期 ToF 大于 500ns 的情况。根据所选的测量模式，可使用两种不同的方式来计算 ToF：

要测量本参考设计中两个 TDC7200 设备的差分测量，建议使用测量模式 2（即使 ToF 低于 500ns）。校准以获取 LSB 的实际值，即 normLSB。请记住，LSB 的实际值可能会因环境变量（温度、系统噪声等）而异。这种差异可能会导致测量结果出现严重的误差。由于设备存在一定的内部延迟，测量结果还会发生偏移误差。

最后一章，文章将直接展示测试结果。

下篇：

雷达脉冲ToF电路设计（十二）终章