普源 DS70000 示波器在激光雷达测试中的技术应用

激光雷达（LiDAR）作为自动驾驶、3D 测绘等领域的 “眼睛”，其测距精度、响应速度与系统稳定性直接依赖于信号处理的精准性。在激光雷达的研发、调试与量产环节，示波器凭借高带宽、高采样率及多通道同步测量能力，成为解析信号特性、优化系统性能的核心工具。本文将系统阐述示波器在激光雷达测试中的关键应用场景，以及如何通过精准测量推动技术突破。

一、信号完整性分析：筑牢测距精度的基础

激光雷达的核心原理是通过测量激光脉冲的飞行时间计算距离，而信号完整性直接决定测距误差。示波器通过对激光脉冲的波形解析，为信号优化提供量化依据。

波形参数的精准捕捉

激光脉冲的上升时间、下降时间及振铃现象是评估信号质量的关键指标。例如，某 1550nm 光纤激光雷达的脉冲上升时间仅为 5ns，需使用带宽≥1GHz 的示波器（如普源精电 DS70000 系列，带宽达 2GHz）才能完整捕捉波形细节。通过示波器的高采样率（如 12.5Gsa/s），可清晰观察到脉冲过冲（通常需控制在 10% 以内）和后续振铃，为优化驱动电路的阻抗匹配提供数据支撑。

噪声源的定位与抑制

激光雷达的接收端信号往往淹没在噪声中，示波器的低噪声前端（如 DS70000 的底噪≤2mVrms）可有效区分两类噪声：

随机噪声：由光电探测器的散粒噪声或放大器热噪声引起，表现为信号基线的无规则抖动，可通过示波器的直方图功能统计噪声幅值分布，指导滤波电路设计；

周期性噪声：多源于电源纹波或时钟干扰，呈现固定频率的周期性波动，利用示波器的 FFT 频谱分析功能可定位干扰源频率（如 50Hz 工频干扰），通过接地优化或电源滤波消除。

二、时序分析：破解多通道同步难题

对于多线激光雷达（如 128 线自动驾驶雷达），各通道的时序同步误差需控制在亚纳秒级，否则会导致点云拼接错位。示波器的多通道同步测量能力成为时序校准的核心手段。

飞行时间的高精度测量

激光脉冲从发射到接收的延迟时间（ToF）直接决定测距精度。以 100 米测距为例，1ns 的时间误差会导致 15 厘米的距离偏差。示波器的时间分辨率（如 DS70000 的 1ps/div）可精准测量纳秒级延迟，配合触发释抑功能，可在百万次脉冲中筛选出有效信号，排除环境杂散光干扰。

多通道同步性验证

多通道激光雷达需确保各发射器的脉冲触发信号同步。通过示波器的 4 通道同步采集功能，可同时监测各通道的触发信号与回波信号，计算通道间的时间偏移。例如，某 32 线雷达在测试中发现第 5 通道存在 2.3ns 的延迟，通过调整 FPGA 的触发时序，最终将同步误差控制在 0.5ns 以内，点云拼接精度提升 40%。

三、系统调试与优化：从原型到量产的全流程支撑

示波器在激光雷达的研发周期中，贯穿原型验证、参数优化到量产测试的全环节，大幅缩短迭代周期。

原型电路的快速验证

在模拟前端（AFE）设计阶段，示波器可快速验证关键参数：

测试跨阻放大器（TIA）的增益线性度，通过注入已知光功率的脉冲信号，对比输入与输出电压的线性关系；

评估滤波器的截止频率，利用示波器的函数发生器输出扫频信号，观测滤波后的波形衰减特性，确保有效滤除高频噪声。

工作参数的动态优化

激光器的脉宽与重复频率直接影响测距精度与功耗。通过示波器实时监测不同参数下的输出波形：

缩短脉宽（如从 10ns 降至 5ns）可提高距离分辨率，但需避免脉冲能量不足导致回波信号减弱；

降低重复频率（如从 1MHz 降至 500kHz）可减少热损耗，但会降低点云密度。示波器的实时测量功能可帮助找到性能与功耗的平衡点。

四、故障诊断：缩短系统调试周期

激光雷达的间歇性故障（如偶发测距跳变）往往难以复现，示波器的长时间记录功能成为定位问题的关键。

硬件故障的波形溯源

当接收端信号出现异常尖峰时，通过对比正常与故障状态的波形，可快速锁定故障点：

若尖峰与电源信号同步，可能是 DC-DC 转换器的纹波干扰，需加强电源滤波；

若尖峰随机出现，可能是光电探测器的暗电流异常，需更换器件或优化偏置电压。

间歇性故障的记录与分析

现代示波器（如 DS70000）支持 TB 级存储深度，可连续记录数小时的信号变化。例如，某激光雷达在高温环境下偶尔出现测距失效，通过示波器的长时间记录，发现故障发生时激光器驱动信号的脉宽突然变窄，最终定位为温度导致的驱动芯片性能漂移，通过增加温控电路解决问题。

五、案例：普源 DS70000 示波器在激光脉冲测试中的应用

针对高性能光纤脉冲激光器的测试需求，DS70000 系列示波器凭借 2GHz 带宽、12.5Gsa/s 采样率及 16bit 垂直分辨率，可精准捕捉窄至 1ns 的激光脉冲。测试时，激光信号经光电探测器转换为电信号后输入示波器，通过以下功能实现高效测试：

脉冲参数自动测量：一键获取脉宽、上升时间、峰值电压等 18 项参数，测试效率提升 60%；

脉冲模板测试：预设合格脉冲的波形模板，自动判定被测脉冲是否超出误差范围，适合量产筛查；

多通道同步分析：同时测量激光发射信号、触发信号与回波信号，直观分析三者的时序关系。 

在激光雷达技术向更高分辨率、更远测距、更低功耗演进的过程中，示波器的角色已从单纯的波形显示工具，升级为 “信号解析中枢”。通过精准捕捉信号细节、量化噪声与时序误差、加速故障定位，示波器为激光雷达的研发迭代与量产质量控制提供了不可替代的技术支撑。选择适配带宽、采样率及存储深度的示波器，将成为解锁激光雷达性能潜力的关键一步。