Download
Share
Print this page
Garmin LIDAR-Lite v1 Silver Label Operating Manual
  1. Manuals
  2. Brands
  3. Garmin Manuals
  4. Measuring Instruments
  5. LIDAR-Lite v1 Silver Label
  6. Operating manual

Garmin LIDAR-Lite v1 Silver Label Operating Manual

Hide thumbs

Advertisement

Quick Links

Download this manual
LIDAR­Lite v1 "Silver Label" Operating Manual 
Updated: 08/13/15 
 
 
 
 
LIDAR­Lite v1 "Silver Label" Manual​ ,  Updated: 08/13/15  

Advertisement

loading

Related Manuals for Garmin LIDAR-Lite v1 Silver Label

Summary of Contents for Garmin LIDAR-Lite v1 Silver Label

  • Page 1 LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Operating Manual  Updated: 08/13/15          LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 2 Table of Contents    LIDAR­Lite Specifications  Laser Safety  Class 1 Laser Product  Quick­Start Guide  Overview  Sample Code  LIDAR­Lite Signal & Power Interface Definitions  J1 ­ Primary interface  J2 ­ Secondary signal/power ­ .1” spacing Molex style through hole (Factory Option Only)  I2C Protocol Summary  Module Mechanical Drawings & Dimensions  PCB Dimensions  Technology and System Hardware Overview  Technology  System Hardware  LIDAR­Lite Block Diagram  Signal Processing Core (SPC)  Optical Transmitter and Receiver  Background Light  Power Conditioning  Operational Overview  Mode Control Pin  Acquisition Settings  Internal register space  External register space  Signal Acquisition Process  Correlation Record  Processing the Correlative Pulse  Processing  Velocity Measurement  Processing Multiple Reflections  Control Register #75(0x4b) (control_reg [75]:)  Power Management  Control Register #4 (0x04) – Mode Control (control_reg[4]:)  Control Register #101 (0x65) (control_reg [101]:)  Summary  Downloading a Correlation Record  Sample C Code ­ Download Correlation Data to a Serial Port Using Put  Control Registers ...
  • Page 3 Control Register #0 (0x00) (control_reg[0]:)  Control Register #1 (0x01) ­ Mode/Status (control_reg[1]:)  Control Register #2 (0x02) (control_reg[2]:)  Control Register #3(0x03) (control_reg [3]:)  Control Register #4 (0x04) – Mode Control (control_reg[4]:)  Control Register #5 (0x05) (control_reg[5]:)  Control Register #6 (0x06) (control_reg [6]:)  Control Register #7 (0x07) (control_reg [7]:)  Control Register #8 (0x08) (control_reg [8]:)  Control Register #9 (0x09) (control_reg [9]:)  Control Register #10(0x0a) (control_reg [10]:)  Control Register #11 (0x0b) (control_reg [11]:)  Control Register #12 (0x0c) (control_reg [12]:)  Control Register #13 (0x0d) (control_reg [13]:)  Control Register #14 (0x0e) (control_reg [14]:)  Control Register #15(0x0f) (control_reg [15]:)  Control Register #16 (0x10) (control_reg [16]:)  Control Register #17 (0x11) (control_reg [17]:)  Control Register #18 (0x12) (control_reg [18]:)  Control Register #19 (0x13) (control_reg [19]:)  Control Register #20(0x14) (control_reg [20]:)  Control Register #21 (0x15) (control_reg [21]:)  Detailed Register Descriptions ­External  Control Register #64 (0x40) ­ Command Control (control_reg[64]:)  Control Register #65 (0x41) (control_reg[65]:)  Control Register #66 (0x42) (control_reg[66]:)  Control Register #67 (0x43) (control_reg[67]:)  Control Register #68 (0x44) (control_reg[68]:)  Control Register #69 (0x45) (control_reg[69]:)  Control Register #70(0x46) (control_reg [70]:)  Control Register #71 (0x47) ­ Mode/Status (control_reg[71]:)  Control Register #73(0x49) (control_reg [73]:)  Control Register #74(0x4a) (control_reg [74]:)  Control Register #75(0x4b) (control_reg [75]:)  Control Register #76(0x4c) (control_reg [76]:)  Control Register #79 (0x4f) (control_reg[79]:)  Control Register #81(0x51) (control_reg [81]:)  Control Register #82 (0x52) (control_reg [82]:)  Control Register #83(0x53) (control_reg [83]:)  Control Register #64 (0x40) ­ Command Control (control_reg[64]:)  Control Register #65 (0x41) (control_reg[65]:) ...
  • Page 4 Control Register #70(0x46) (control_reg [70]:)  Control Register #71 (0x47) ­ Mode/Status (control_reg[71]:)  Control Register #73(0x49) (control_reg [73]:)  Control Register #74(0x4a) (control_reg [74]:)  Control Register #75(0x4b) (control_reg [75]:)  Control Register #76(0x4c) (control_reg [76]:)  Control Register #79 (0x4f) (control_reg[79]:)  Control Register #81(0x51) (control_reg [81]:)  Control Register #82 (0x52) (control_reg [82]:)  Control Register #83(0x53) (control_reg [83]:)  Control Register #87 (0x57) (control_reg [87]:)  Control Register #88 (0x58) (control_reg [88]:)  Control Register #89 (0x59) (control_reg [89]:)  Control Register #90 (0x5a) (control_reg [90]:)  Control Register #91 (0x5b) (control_reg [91]:)  Control Register #92 (0x5c) (control_reg [92]:)  Control Register #93 (0x5d) (control_reg [93]:)  Control Register #93 (0x5f) (control_reg [95]:)  Control Register #96 (0x60) (control_reg [96]:)  Control Register #97 (0x61) (control_reg [97]:)  Control Register #98 (0x62) (control_reg [98]:)  Control Register #99 (0x63) (control_reg [99]:)  Control Register #100 (0x64) (control_reg [100]:)  Control Register #101 (0x65) (control_reg [101]:)  Control Register #104 (0x68) (control_reg [104]:)  Control Register #87 (0x57) (control_reg [87]:)  Control Register #88 (0x58) (control_reg [88]:)  Control Register #89 (0x59) (control_reg [89]:)  Control Register #90 (0x5a) (control_reg [90]:)  Control Register #91 (0x5b) (control_reg [91]:)  Control Register #92 (0x5c) (control_reg [92]:)  Control Register #93 (0x5d) (control_reg [93]:)  Control Register #93 (0x5f) (control_reg [95]:)  Control Register #96 (0x60) (control_reg [96]:)  Control Register #97 (0x61) (control_reg [97]:)  Control Register #98 (0x62) (control_reg [98]:)  Control Register #99 (0x63) (control_reg [99]:)  Control Register #100 (0x64) (control_reg [100]:)  Control Register #101 (0x65) (control_reg [101]:)  Control Register #104 (0x68) (control_reg [104]:)   ...
  • Page 5 LIDAR­Lite Specifications    General   Technical Specifications  Power   4.75­5.5V DC Nominal, Maximum 6V DC  Weight   PCB 4.5 grams, Module 22 grams with optics and housing  Size   PCB 44.5 X 16.5mm (1.75” by .65”)  Housing   20 X 48 X 40mm (.8” X 1.9” X 1.6”)  Current Consumption     <2mA @ 1Hz (shutdown between measurements), <100mA  (continuous operation)  Max Operating Temp.     70° C  External Trigger   3.3V logic, high­low  ​ dge triggered  PWM Range Output   PWM (Pulse Width Modulation) signal proportional to range,  1msec/meter, 10µsec step size  I2C Machine Interface   100Kb – Fixed, 0xC4 slave address. Internal register access & control.  Supported I2C Commands   Single distance measurement, velocity, signal strength  Mode Control   Busy status using I2C, External Trigger input / PWM outputs  Max Range under typical  ~40m   conditions   Accuracy  +/­ 2.5cm, or +/­ ~1"    Default Rep Rate  ~50 Hz.         LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​...

  • Page 6: Laser Safety

    Laser Safety          LIDAR­Lite is a laser rangefinder that emits laser radiation.  This Laser Product is designated Class 1 during  all procedures of operation.  This means that the laser is safe to look at with the unaided eye.  However, it is  very advisable to avoid looking into the beam and power the module off when not in use.    No regular maintenance is required for LIDAR­Lite.  In the event that the unit becomes damaged or is  inoperable, repair or service of LIDAR­Lite is only to be handled by authorized, factory­trained technicians.  No service of LIDAR­Lite by the user is allowed.  Attempting to repair or service the unit on your own can  result in direct exposure to laser radiation and the risk of permanent eye damage.  For repair or service  please contact PulsedLight directly for a return authorization.    No user should modify LIDAR­Lite or operate it without its housing or optics.  The operation of LIDAR­Lite  without a housing and optics or modification of the housing or optics that exposes the laser source may  result in direct exposure to laser radiation and the risk of permanent eye damage.  Removal or modification  of the diffuser in front of the laser optic may result in the risk of permanent eye damage.    Caution – Use of controls or adjustments or performance of procedures other than those specified herein  may result in hazardous radiation exposure.  PulsedLight is not responsible for injuries caused through the  improper use or operation of this product.    LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 7 Class 1 Laser Product    This Laser Product is designated Class 1 during all procedures of operation.    Parameters   Laser Value  Wavelength   905nm (nominal)  Total Laser Power ­ Peak   1.3Watts  Mode of operation   Pulsed (max pulse train 256  pulses)  Pulse Width   0.5µSec (50% duty Cycle)  Pulse Repetition Frequency   10­20KHz nominal  Energy per Pulse   <280nJ  Beam Diameter at laser aperture    12mm x 2mm  Divergence   4mRadian x 2mRadian (Approx)          LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 8 Quick­Start Guide    Overview  1. Make Power and I2C Data Connections as per  ​ J 1 connector pin out diagram ​ .   Pins 2 & 3 are  optional connections and not required.  2. Initialization:  Apply Power to the Module. The sensor operates at 4.75­5.5V DC Nominal, Maximum  6V DC  3. Measurement:  Write register 0x00 with value 0x04 (This performs a DC stabilization cycle, Signal  Acquisition, Data processing).  Refer to the section “ ​ I 2C Protocol Summary ​ ”  in this manual for more  information about I2C Communications  4. Periodically poll the unit and wait until an ACK is received. The unit responds to read or write  requests with a NACK when the sensor is busy processing a command or performing a  measurement. (Optionally, wait approx. 20 milliseconds after acquisition and then proceed to read  high and low bytes)  5. Read:  Register 0x0f, returns the upper 8 bits of distance in cm, register 0x10, returns the lower 8  bits of distance in cm.  (Optionally a 2­Byte read starting at 0x8f can be done)    Sample Code    Sample code and wiring for LIDAR­Lite using an Arduino and some other popular platforms can be  downloaded by visiting  ​ h ttps://github.com/PulsedLight3D ​ .
  • Page 9 LIDAR­Lite Signal & Power Interface Definitions            J1 ­ Primary interface Board Connector:​    Molex part #5023860670  (DigiKey Part #:  ​ )   W M3917CT­ND​ Mating Connector:​    Molex # 5023800600 PLUG HSG 6POS (DigiKey Part #:  ​ W M2271­ND)    Pin  Description  PIN 1   POWER_IN – 4.75­5.5V DC Nominal, Maximum 6V DC.  Peak current draw from this  input (which occurs during acquisition period) is typically < 100 mA over a duration  from 4 to 20ms depending on received signal strength. Unless you use  ​ p ower  management ​ ,  the unit will draw 80 mA between acquisition times.  PIN 2  POWER_EN ­ Active high, enables operation of the 3.3V micro­controller regulator.  Low puts board to sleep, draws <40 μA. (Internal 100K pull­up)  PIN 3  Mode Select – Provides trigger (high­low edge) PWM out (high)  LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​...
  • Page 10 PIN 4  I2C Clock (SCL)  PIN 5  I2C Data (SDA)  PIN 6  Signal/power ground.    J2 ­ Secondary signal/power ­ .1” spacing Molex style through hole  (Factory Option Only)    Pin  Description  PIN 1   Laser Bypass 5­20V max (nominally connected to pin 2 through inductor L8 –  removed for external power)  PIN 2   POWER_IN – 4.75­5.5V DC Nominal, Maximum 6V DC  PIN 3   POWER_EN ­ Active high  PIN 4   External reference clock input (Factory Option – Consult Factory)  PIN 5   Signal/power ground.  PIN 6   Detector bias – up to 25V external bias for PIN, external bias input 200V for APD  (consult factory)          LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 11 I2C Protocol Summary    LIDAR­Lite has a 2­wire I2C­compatible serial interface (refer to I2C­Bus Specification, Version 2.1, January  2000, available from Philips Semiconductor).  It can be connected to an I2C bus as a slave device, under  the control of an I2C master device.  It supports standard 100 kHz data transfer mode.  Support is not  provided for 10­bit addressing.    The Sensor module has a 7­bit slave address with a default value of 0x62 in hexadecimal notation.  The  effective 8 bit I2C address is: 0xC4 write, 0xC5 read.  The unit will not presently respond to a general call.    The I2C serial bus protocol operates as follows:  1. The master initiates data transfer by establishing a start condition, which is when a high­to­low  transition on the SDA line occurs while SCL is high.  The following byte is the address byte, which  consists of the 7­bit slave address followed by a read/write bit with a zero state indicating a write  request.  A write operation is used as the initial stage of both read and write transfers.  If the slave  address corresponds to the module’s address the unit responds by pulling SDA low during the ninth  clock pulse (this is termed the acknowledge bit).  At this stage, all other devices on the bus remain  idle while the selected device waits for data to be written to or read from its shift register.  2. Data is transmitted over the serial bus in sequences of nine clock pulses (eight data bits followed by  an acknowledge bit).  The transitions on the SDA line must occur during the low period of SCL and  remain stable during the high period of SCL.  3. An 8 bit data byte following the address loads the I2C control register with the address of the first  control register to be read along with flags indicating if auto increment of the addressed control  register is desired with successive reads or writes; and if access to the internal micro or external  correlation processor register space is requested.  Bit locations 5:0 contain the control register  address while bit 7 enables the automatic incrementing of control register with successive data  blocks.  Bit position 6 selects correlation memory external to the microcontroller if set. (Presently an  advanced feature)  4. If a read operation is requested, a stop bit is issued by the master at the completion of the first data  frame followed by the initiation of a new start condition, slave address with the read bit set (one  state).  The new address byte is followed by the reading of one or more data bytes succession.  After the slave has acknowledged receipt of a valid address, data read operations proceed by the  master releasing the I2C data line SDA with continuing clocking of SCL.  At the completion of the  receipt of a data byte, the master must strobe the acknowledge bit before continuing the read cycle.  5. For a write operation to proceed, Step 3 is followed by one or more 8 bit data blocks with  acknowledges provided by the slave at the completion of each successful transfer. At the ...
  • Page 12 Module Mechanical Drawings & Dimensions    Download Housing and Cover in PNG, STL, STEP and SLDPRT formats on GitHub        Notes:  ­ The hole diameters at their smallest are 0.15" or 0.385 cm with a little rounding erring small  LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...

  • Page 13: Pcb Dimensions

    PCB Dimensions          LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 14 Technology and System Hardware Overview    Technology    PulsedLight’s “Time­of­flight “distance measurement technology is based on the precise measurement of the  time delay between the transmission of an optical signal and its reception.  Our patented, high accuracy  measurement technique enables distance measurement resolution down to 1cm by the digitization and  averaging of two signals; a reference signal fed from the transmitter prior to the distance measurement and  a received signal reflected from the target.  The time delay between these two stored signals is estimated  through a signal processing approach known as correlation, which effectively provides a signature match  between these two closely related signals.  Our correlation algorithm accurately calculates the time delay,  which is translated into distance based on the known speed­of­light.  A benefit of PulsedLight’s approach is  the efficient averaging of low­level signals enabling the use of relatively low power optical sources, such as  LEDs or VCSEL (Vertical­Cavity Surface­Emitting) lasers, for shorter­range applications and increased  range capability when using high power optical sources such as pulsed laser diodes.    System Hardware    The Single Board Sensor provides distance and velocity measurements in an ultra­small form factor. This  small size is the result of PulsedLight's System­On­Chip (SoC) signal processing technology which, beyond  being small, reduces the complexity and power consumption of supporting circuitry.  The system consists of  three key functionalities:    ● A Signal Processing Core (SPC) System­on­Chip solution encapsulating all the required functions in  support of our proprietary range finding system architecture.  ● An optical transmitter and receiver tied to the SPC emit and receive a proprietary optical signal  pattern generated by the SPC.  ● Power Conditioning and I2C signal filtering and buffering.    Please refer to “LIDAR­Lite Block Diagram” for a full overview of the system architecture.        LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 15 LIDAR­Lite Block Diagram          Signal Processing Core (SPC)    The key component within the system is our SPC chip which implements PulsedLight's signal processing  algorithms and primary system architecture.  The SPC contains four major subsystems;    LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 16 1. An 8­bit microcontroller provides system control and communications. It contains an I2C slave  peripheral.  2. A 500 MHz sampling clock and an associated sampler capture the logic state of the external  comparator and convert the data into a slower speed 125 MHz four bit word which is sent to a  correlation processor.  3. A correlation processor stores the incoming signal and performs a correlation operation against a  stored signal reference with optical burst reception and stores the result in the correlation memory  with data points every 2 ns.  4. A transmit signal generator produces an encoded signal waveform with an overall duration of 500 ns  that consists of a varying interval pattern of ones and zeroes.  These outgoing signal pulses occur at  a 20 KHz repetition rate and become either the reference signal or outgoing signal pulse depending  on the state of the transmitter.    Optical Transmitter and Receiver    The optical transmitter and receiver have been designed around the requirements of our signal­processing  algorithm.  The transmitter produces optical pulse bursts using signal patterns generated by the SPC. When  an optical reference signal is desired, a separate reference transmitter is enabled and driven with the signal  pattern using a reference fed to the optical receiver.  The reference transmitter has been designed to match  the delay and signal shape produced by the higher power signal transmitter.  The signal transmitter can  drive a variety of optical sources ranging from high speed LEDs, higher power VCSEL laser or much higher  power pulsed laser diodes. For the LIDAR­Lite module, the signal transmit driver drives a T1­3/4 plastic  packaged laser diode with a three­amp peak, 50% average duty cycle modulation over a burst duration of  500 ns. The driver has a capability to drive sources at up to 6 A using an external DC power supply.    Parameter   Transmitter specification  Bandwidth   50 MHz, on­off modulation, arbitrary pattern  Burst Time/rate   500 ns/20KHz  Typology   High side current source (programmable), low­side differential current steering  Reference Channel   1 A peak (nominal setting)  Signal Channel   3 A peak (nominal setting) ...

  • Page 17: Background Light

    comparator, specialized analog filtering shapes the return signal originating from the output of the  preamplifier.    Parameter   Receiver specification  Bandwidth   50 MHz  Detector   PIN diode, 500µm by 500µm , 1.5 pF, 1.8 mm diameter  lens  Virtual Detector size   1 mm – roughly 2X magnification of the package lens  Detector Bias Voltage   8 V DC nominal.  External  Preamp Noise Floor   1 pA/Hz­2  Transimpedance Gain   40 K ohm  Noise Equivalent Power   12 nW rms    Background Light    LIDAR­Lite has been designed to operate effectively under a variety of indoor and bright outdoor solar  background lighting conditions.  The internal optical absorption filter in combination with the detector spectral  response provides a transmission band from 800 nm to 1000 nm.  Outdoors, this Spectral window allows  roughly 14% of the total solar Irradiance to pass to the detector.  Assuming a solar constant of roughly 1 KW  per meter², and a full receiver field of view of two degrees, we get the following calculated DC solar current  and detector shot noise:          Bright solar optical background​   = 6 µW   Solar DC current​   = (6e­6 W)(.6 A/W) = 3.6e­6 A   Shot noise​   = ((3.6e­6 A)(2)(1.6e­19)(1/Hz))1/2   = 1 pA/Hz1/2   ...

  • Page 18: Power Conditioning

      Power Conditioning    Multiple voltage references are required by various functions on the LIDAR­Lite board.  The standard PIN  detector requires a DC bias voltage of roughly 8 V generated by an internal voltage multiplier.  The use of  optional APD detector requires a temperature dependent bias from 100 V up to 240 V depending on the  selected detector.  This voltage bias is varied based on the temperature compensation coefficient and is  applied through the external detector bias input pin.  A factory modification is required to allow external  application of detector voltages above 30 V DC.   A 3.7 V power supply is used by the receiver circuitry and  is enabled by the SPC.  Transmitter circuitry typically uses the 5 V nominal supply voltage. By default the  power supply pin is coupled to the 5 V input through an isolation inductor.  An enable pin allows the internal  3.3 V regulator to be disabled allowing very low power consumption under shutdown conditions.          LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...

  • Page 19: Operational Overview

    Operational Overview    Operation of LIDAR­Lite can be separated into two phases; initialization and triggered acquisitions as  initiated by the user.    During initialization the microcontroller goes through a self­test sequence followed by initialization of the  internal control registers with default values.  Internal control registers can be customized by the user  through the I2C interface after initialization.   After the internal control registers are initialized the processor  goes into sleep state reducing overall power consumption to under 10 mA.  Initiation of a user command,  through external trigger or I2C command, awakes a processor allowing subsequent operation.    The input of a command through the I2C interfaces may initiate an acquisition or an operation to monitor or  modify system parameters.  In the event of an acquisition request, the system must first power up and  initialize the external functions such as the SPC and transmit/receive circuitry.   Acquisition begins with the  transmission of a reference burst followed by a signal burst.  These signal bursts occur over intervals of  roughly 50­ 100µs depending on the length of the selected correlation record. These signal bursts are  repeated until the maximum number of acquisitions have been reached, as defined in the default or user  settings or a sufficient number of acquisitions have been performed to achieve a maximum signal strength  level.  At the completion of the required number of acquisition cycles, the correlation results are processed  to calculate the effective time delay of the reference and return within the correlation records.  The total  acquisition time for the reference and signal acquisitions is typically between 5 and 20ms depending on the  desired number of integrated pulses and the length of the correlation record.   The acquisition time plus the  required 1 msec to download measurement parameters establish a roughly 100Hz maximum measurement  rate.    Mode Control Pin    A bi­directional control and status pin provides a means to trigger acquisitions and return the measured  distance via Pulse Width Modulation [PWM] without having to use the I2C interface.    The pin driver in the processor has an internal current source pull­up of roughly 50uA with the driver output  coupled to the user pin through a protection diode allowing only sourcing current into the pin.  A low­going  transition on the mode control pin will trigger a single measurement, and the pin will be actively pulled high  with a pulse width proportional to distance. A 1K to 10K ohm termination resistance will solidly pull the pin  low to trigger an acquisition state while allowing the pin to still be pulled high during the PWM output pulse.  The pulse width follows a 10usec/cm relationship to the measured distance or 1msec per meter.    A simple triggering method using a standard microcontroller interface uses a 1K ohm resistor in series with  an output pin to pull the mode pin low initiating a measurement with a second port pin used to monitor the  low­to­high output pulse width.  If the pin is held low, the acquisition process will repeat indefinitely  producing a variable frequency output proportional to distance. ...

  • Page 20: Acquisition Settings

          Acquisition Settings  Signal acquisition parameters can be easily changed to trade­off system performance parameters.  If a high  measurement rate is required, then the maximum signal integration time can be reduced to decrease  measurement times at the expense of somewhat reduced sensitivity and maximum range.  Optical transmit  power can be increased by the setting loaded into the Laser Power Register.  High pulse power may need to  be compensated with an increased spacing between pulse bursts to maintain an acceptable laser duty cycle  based on thermal derating requirements.  If the length of the correlation record is increased to allow for  longer range measurements, increased processing time will decrease the measurement rate.    Key control registers impacting acquisitions:    Internal register space    Register   Description  control_reg [2]   Maximum acquisition count sets the maximum number of acquisition cycles  with a maximum value of 255.  In most cases an acquisition of 128 is  adequate.  control_reg [3]   Correlation record length establishes the portion of correlation memory  allocated to the return signal. The value is broken in to upper and lower  LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 21 nibbles where the lower indicates the starting location and the upper nibble  the end point. The nibble value multiplied by 64 is its location in memory. A  value of 0xf indicates the end of the record with a value of 1024.  control_reg [4]   Acquisition mode control establish the enabled acquisition functions such as  velocity measurement, lower power consumption states and inhibiting the  reference.    External register space    Register   Desciption  control_reg [0x43]   Laser power control.  control_reg [0x4b]   Range Processing Criteria for two echoes. Max signal, Max/Min Range.  control_reg [0x65]   Power management – Sleep states.    Signal Acquisition Process    After loading new acquisition parameters or retaining default values, a command is sent to the SPC to  initiate a signal acquisition. The steps of the acquisition are as follows:    1. Power is applied to the receiver preamp and, after a prescribed delay, the DC offset at the threshold  detector is adjusted to set the effective slicing level or threshold in the middle of the noise  distribution.  The adjustment process is based on the measurement of the one/zero duty cycle at the  comparator output. When the signal offset is nulled, the duty cycle of the noise pattern approaches  an average of 50%.  In more sophisticated applications the threshold can be offset as part of an  algorithm to measure the approximate rms value of the noise supporting diagnostics or as part of a  voltage control feedback signal supporting an avalanche photo detector biasing.  2. Prior to starting signal acquisition, the correlation memory is cleared and the transmitter is activated  to generate a burst signal pattern that is stored in a signature memory that is used as key element in  the correlation process.  3. Signal acquisition begins with the activation of the reference portion of the transmitter, followed by  the feeding of the signal pattern necessary to generate the optical reference signal which then  passes directly to the receiver photo detector. After amplification and zero­crossing detection, this  record is stored in the signal memory. ...
  • Page 22 6. As in step 4, the stored signal record is correlation processed and then added to any correlation  data previously processed and residing in the signal portion of the correlation memory.  7. As the signal and reference acquisitions are repeated, the peak correlation values in the correlation  record increase and would ultimately overflow the 12­bit word size. To prevent this overflow  condition, the correlation process is terminated for either the signal or reference records when a  peak signal within the record exceeds a preset maximum value slightly under overflow. Once both  the reference and signal records have reached their maximum values or that maximum acquisition  count has been exceeded the acquisition process is terminated.  8. After the signal acquisition process is complete, a low­pass and DC restoring filtering process  typically cleans­up the waveform to improve the final measurement accuracy at low signal  conditions and short range. This function can be disabled by resetting the filter enable bit in control  register 4 for improved accuracy and resolution at longer ranges.    Correlation Record    Distance measurements are based on the storage and processing of reference and signal correlation  records.    The figure below shows a correlation record for a sensor without optics at short distances of 0, 4 and 8 feet.  The reference record runs from 0­63 and the signal record from 64 to 130.  Each sample point represents  2nsec or roughly one foot.    LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 23       The correlation waveform has a bipolar wave shape, transitioning from a positive going portion to a roughly  symmetrical negative going pulse. The point where the signal crosses zero represents the effective delay for  the reference and return signals.  Processing with the SPC determines the interpolated crossing point to a  1cm resolution along with the peak signal value.    The figure below illustrates a correlation record example for a long­range system using an avalanche  photodiode or APD and laser with a processing chip with a half resolution 2­foot/correlation steps and  two­thousand element signal record. The target is at 660 meters and forms the same bipolar correlation  wave shape as in the short­range system, but in practice the correlation waveform must be distinguished  from background noise present in the correlation record.   A correlation record detection threshold is  established based on the background noise and if no signals are detected above this threshold, a no signal  status indication is provided.    LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 24       The correlation waveform is shown in more detail below. To distinguish the correlation pulse from the  background noise, a specialized processing filter follows the envelope of the noise without being significantly  affected by signal correlations present in the record. This noise reference is scaled by 1.25 to provide a  detection threshold for the correlation.          If more than one signal is detected within the correlation record, the return with the next highest signal  strength is stored and is available for additional processing.  A flag within the status register indicates the  LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 25 presence of a valid second reflection such as from a window or from a shorter­range object illuminated by  the beam. The on­board processing of secondary returns is limited to weaker target reflections in the  foreground.  The correlation record can be downloaded by the user to examine target details in post  processing.    Processing the Correlative Pulse    The calculation of the effective delay is based on the coarse location within the correlation record and the  interpolated crossing between sample points. For the full resolution correlation record used in the  LIDAR­Lite processor, each sample represents 2nsec in time or roughly one foot or .3 meters.  To obtain a  result in cm requires 30 resolution points obtained by interpolating between data points.  The figure below  illustrates a single correlation pulse obtained by processing either the reference or signal.          The correlation waveform on the left shows a zero crossing on the falling edge around the location 185. The  detail of the crossing on the right shows a linear fit from the upper crossing point at 185 with a value of 26  and a value at 186 of ­44.  The calculation of the crossing is equal to (26/ (26­ ­44))*30 or 11.14cm.    To get the total delay we multiply the index of the upper point 185 and multiply by 30 to get the coarse delay  in cm. The total delay is then 30 * 185 + 10 = 5560.  If we have a delay for the reference waveform, with a  crossing at 30*30 +15 or 915cm we get a measured delay of 5560­915 = 46.45 meters.    Processing    A module within the processor analyzes the correlation record looking for the largest peak waveform within  the record.  As it moves through the record, the crossing characteristics of each new larger peak is sampled.  At each peak, the coarse delay to the positive sample prior to the zero crossing along with correlation values  above and below the crossing and the peak value are stored.  With each new peak sample, the previous  LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 26 peak and the crossing data (now the next largest peak sample) is stored to allow post processing of the data  to extract the distance and peak value. The secondary peak in some cases may be the small reflection of  the beam passing through a window or possibly the reflection off objects in the foreground.    The figure below details the processing flow within the correlation processor after a final correlation  waveform is complete.          The processed correlation waveform is processed and the various extracted parameters are stored in the  external register space.  For both the reference and signal records, the coarse record delay and the positive  and negative correlation samples are processed to determine the delay in the record to the correlative peak.  The difference between the delay measured for the signal and reference determine the effective round trip  delay to the target.  The delay is scaled to produce a result in centimeters.  Signal strength is determined by  multiplying the peak value of the correlation by the scaled inverse of the number of acquisitions.  It is an  inverse relationship because more samples are required to increase the strength of a small signal than a  larger one. A valid signal is determined by comparing the signal peak value with the value of the noise floor  observed in the range record.        LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...

  • Page 27: Velocity Measurement

    Velocity Measurement    A velocity is measured by observing the change in distance over a fixed time period. The default time period  is 100 ms resulting in a velocity calibration of .1 m/s. Velocity mode is selected by setting the most  significant bit of internal register 4 to one. When a distance measurement is initiated by writing a 3 or 4 (no  dc compensation/or update compensation respectively) to command register 0, two successive distance  measurements result with a time delay defined by the value loaded into register at address 0x68.    Register (0x68) Load  Measurement Period (ms)  Velocity Scaling (meters/sec)   Value  100   .1 m/s   0xC8  40    .25 m/s    0x50  20    .5 m/s   0x28  10    1 m/s    0x14    Velocity is output as an 8­bit Two's Complement signed value read out from register [0x09].   Velocity is the  difference between the last two 16­bit distance measurements. The previous distance measurement used in  the velocity calculation is available from registers [0x14] and [0x15] with [14] containing the most significant  byte and [15] the least.    To measure velocity with measurement period less than 20 ms, adjustment of the acquisition parameters will  likely be necessary. The nominal acquisition is between 10­15 ms allowing insufficient time to complete the  first velocity acquisition period before starting the second.    Measurement acquisition times can be reduced by the elimination of the reference pulse acquisition and  performing the acquisition without a prior DC compensation step.  The setting of bit position 6 (adjacent to ...
  • Page 28 Processing Multiple Reflections    It is possible to receive multiple valid return signals from a single measurement if the beam illuminates more  than one surface along the beam path.  This situation may be encountered when the beam clips or passes  through an object in the foreground.  Because of the inverse square law behavior of the return signal (double  the distance get four times less signal) a very small illuminated area near the sensor may produce a much  stronger signal than that from the desired target.  Ranging objects through a window can produce a strong  shorter range signal masking the longer target or conversely it may be desirable to detect a window in the  foreground that may only produce a small reflective signal relative to a larger distant reflection.    The sensor has the capability to process two distinct reflections as long as they are separated by more than  3.5 meters and the reflection at the shorter distance does not saturate the correlation record masking the  more distant object.  The “Secondary return” flag in bit position 4 in the status register [1] indicates that a  second pulse has been detected.  The figure below shows an example of two reflections in the signal  correlation record (record address locations greater than 64) separated by approximately 3.5 meters.          The sensor detection criteria may be selected to pick the nearer signal, the more distant signal or the  strongest signal strength. In addition, when a second pulse is encountered the other reflection can be read  from the system without having to perform a new measurement with different detection criteria.  Control  register 75, summarized below, sets up the criteria for selection of the desired return when two are present.    LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 29 Control Register #75(0x4b) (control_reg [75]:)    Bit 7   Bit 6   Bit 5   Bit 4   Bit 3   Bit 2   Bit 1   Bit 0            Select Max Range  Select Range Criteria  Select Second Return    Notes     Default Value   0x00  control_reg [0x4b]:   Range Processing Criteria for two echoes. Max signal, Max/Min Range.  Bit 0 ­ Select  Controls echo processing selection :”1” switches to alternative return; “0” Selects  Second Return   data associated with detection criteria  Bit 1 ­ Select  “1” selects return data based on distance; “0” selects strongest return,  Range Criteria   regardless of distance  Bit 2 ­ Select Max  “1” selects the longer distance; “0” selects the shorter distance  Range     The detection criteria is controlled by bit positions 1 and 2.   If “Select Range Criteria” is 0 (zero), the system  will always select the strongest signal present.  In this case, regardless of the number of returns, the  strongest return will be measured. If “Select Range Criteria” is one, then the longer or shorter valid return will  be selected without consideration of relative signal strength. “Select Max Range” selects the longer or ...

  • Page 30: Power Management

    Power Management    Two registers can be used to manage power consumption over the acquisition cycle and during idle time  between measurements. Bit positions 0­3 of the Mode Control Register [4] control the power state  automatically entered after the completion of an acquisition while Power Control Register [101] sets the  present power saving state without requiring a distance measurement. The table below summarizes the  control bits of register 4 associated with power management.        Control Register #4 (0x04) – Mode Control (control_reg[4]:)    Bit   Function  Bit 7   Velocity  Bit 6   Inhibit Reference  Bit 5   Velocity Scale factor  Bit 4   N/A  Bit 3   DET OFF  Bit 2   FPGA SLEEP  Bit 1   CLK SHUT  Bit 0   Preamp Off    Notes:  Default Value​ :  0x00  ● Preamp Off​ :     Shutdown preamp between measurements  ● ●...
  • Page 31 Bit 6    Bit 5    Bit 4    Bit 3  Det Bias Disable  Bit 2  SLEEP  Bit 1   RCVR PWR  Disable  Bit 0  OSC Disable    Notes:  ● Default Value​ :           0x00  ● control_reg [65]:​         Power control (write only)  ● OSC Disable​ :             Disables oscillator reference – Not used in LIDAR­Lite SPC  RCVR PWR Disable​ :  Turns on receiver regulator – decreases power consumption by 30 mA when  ● inhibited  SLEEP​ :                      Processor sleep – Reduces power to 20 mA with other hardware disabled  ● (wakes on I2C transaction) Send dummy prior to any command or register access operation.  ● Det Bias Disable​...
  • Page 32 Preamp off  30 mA    2 ms  Clock Disable  10 mA    1 ms  FPGA Sleep  40 mA   10 ms  Det. Off    1 mA    1 ms    Summary    Preamp off​ :  Shutting down the preamp disables the 3.7 V regulator supporting the preamplifier circuitry.  The power is stable in 1­ 2 ms after re­enabling after shutdown.  The advantage for powering down the  preamp between measurements is reduced power consumption and less thermal rise above ambient  temperature when operating at low pulse rates 1­10 Hz.    Clock Disable​ :  Is not used in the LIDAR­Lite product. On high performance long range products a crystal  oscillator reference is included on the circuit board    FPGA Sleep​ :   Disables the phase lock loop (PLL) based internal clock, resulting in the shutdown of all the  internal circuitry, except for I2C interface.  The I2C interface still monitors buss activity and when its address  is detected it initiates the activation of the internal clock. The wake­up time is necessary for the PLL to  re­lock on its internal frequency reference.    Detector Off​ :   Shuts off the on­board charge­pump generating the 8 V bias to the photodiode.  Disabling  the charge­pump has negligible impact on power consumption, however it eliminates the last of the periodic  potential noise sources on the board.     ...
  • Page 33 Downloading a Correlation Record    The following details simplified C­code routine to download three types of records stored in the system  memory.  The first selection is a memory bank where the last correlation template pattern is stored. The last  received signal record stored is in bank 2 while bank 3 stores the full correlation record.  See detailed  descriptions of the accessed control registers in Appendix A for a detailed explanation of their function.    Note:​   Only external registers are accessed using this command and the correlation processor cannot be in  a sleep state.    Sample C Code ­ Download Correlation Data to a Serial Port Using Put    This pseudo code can be used as a basis for the download of correlation data for analysis.     bank_num – memory banks in the correlation processor  1: template memory  2: last signal record  3: correlation record     Function ­ write_twi (register address (hex), value);  Function ­ read_twi (register address (hex), number of bytes)  Elements – number of words to be transferred  read_val is 16 bit integer     if (bank_num == 3){      write_twi (0x51, 0x10);  //  points to the base of the correlation record address      write_twi (0x53, (char) (bank_num <<6));  // selects memory bank       write_twi (0x40, 0x06);   //sets test mode select      For (i=0; i<elements; i++) {          read_val = (unsigned char) read_twi (0x52, 1); // added to select single byte          if (read_twi (0x5d, 1)) read_val |= 0xff00; // if upper byte lsb is set, the value is negative          put_dec (read_val);          T0_Wait_ms (1); //hold longer than the transfer time for the serial transfer.     }     write_twi (0x40, 0x00); // return to normal control – null command to control register  }   ...

  • Page 34: Control Registers

    Control Registers    Overview    The rangefinder can be configured using an I2C machine interface.  Settings control the acquisition and  processing of ranging data.  The I2C interface supports a transfer rate up to 100kb per second. Control  Registers are divided between “internal” microprocessor registers and “external” registers residing in the  Correlation processor. The internal registers are mapped to register addresses from 0 to 15 hex and  external registers from 40 to 68 hex.  Internal registers are both read and write, while external registers are  read or write only.   The most significant bit ​   ​ o f the address byte in the I2C address byte triggers the auto  incrementing of register address with successive reads or writes within an I2C block transfer.    µP internal Control Registers  Register   Description  control_reg [0x0]  Command Control  control_reg [0x1]   Status ­ system status.  control_reg [0x2]  Maximum acquisition count  control_reg [0x3]  Correlation record length setting  control_reg [0x4]  Acquisition mode control  control_reg [0x5]  Measured threshold offset during acquisition  control_reg [0x6­7]  Measured delay of reference in correlation record  control_reg [0x8]  Reference correlation measured peak value  control_reg [0x9]  Velocity Measurement Output  control_reg [0xa­b]  Measured delay of signal return in correlation record  control_reg [0xc] ...
  • Page 35   Correlation Core External Control Registers Register   Description  control_reg [0x40]  Command register  control_reg [0x41]  Hardware Version  control_reg [0x42]  Preamp DC control  control_reg [0x43]  Transmit power control  control_reg [0x44]  Processing range gate (low byte)  control_reg [0x45]  Processing range gate (high byte)  control_reg [0x46]  Range Measurement PWM output pin bit[0] used  control_reg [0x47]  Acquisition status  control_reg [0x49]  Measured preamp DC offset  control_reg [0x4a]  Output port  control_reg [0x4b]  Range Processing Criteria for two echoes. Max signal, Max/Min Range.  control_reg [0x4c]  2nd largest detected peak in signal correlation record.  control_reg [0x4f]  Software Version.  control_reg [0x51]  Correlation record size select ­ (reference and signal return)  control_reg [0x52]  Correlation Data access port (low byte)  control_reg [0x53]  Acquisition Settings ­ selects ext. memory access, signal record select  control_reg [0x57­8]  Measured delay of reference or signal in correlation window  control_reg [0x59]   Correlation peak value of reference or signal  control_reg [0x5a] ...
  • Page 36 control_reg [0x64]  Negative correlation sample after zero crossing (correlation pulse falling edge)  control_reg [0x65]  Power control settings  control_reg [0x68]  Velocity measurement window setting register          LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 37 Detailed Register Descriptions – Internal    Unless otherwise noted, all registers contain one byte and are read and write.   Control Register #0 (0x00) (control_reg[0]:)    Notes  ● Command Register  ● Write 0x00 to Register 0x00​ :   Reset FPGA. Re­loads FPGA from internal Flash memory – all  registers return to default values  ● Write 0x01 to Register 0x00:​    Correlation processing without new acquisition – used to process  delay of second peak after bit 0 in control register 0x4b is set to 1  Write 0x02 to Register 0x00:​    Process correlation without new acquisition – used to reprocess  ● Write 0x03 to Register 0x00:​    Take acquisition & correlation processing without DC correction  ● Write 0x04 to Register 0x00:​    Take acquisition & correlation processing with DC correction  ●   Control Register #1 (0x01) ­ Mode/Status (control_reg[1]:) Bit   Function   Notes  Bit 7   Eye Safe  This bit will go high if eye­safety protection has been activated  Bit 6   External Trigger  External measurement performed ...
  • Page 38 Notes  ● Controls  ​ M aximum Aquisition Count  ● Default Value:​   0x80  Range:​   0x00­0xFF (0­255).  ● ● Control the FPGA maximum signal integration time.  ● Stronger signal results in reduced acquisition count to prevent internal register overflow.  ● Sig overflow flag and Ref overflow flag in control register 1 are set when automatic limiting occurs.      Control Register #3(0x03) (control_reg [3]:) Bit   Function  Bits 7­4  Stop address (default 5 corresponding to 512)  Bits 3­0  Start address (default 1 corresponding to 64)    Notes  ● control_reg[0x51]:​   Correlation start and stop locations used for signal acquisition (write only)  Start address:​   Value in the range from 0x00­0x0f – starting point in correlation record  (record  ● broken into 64 element segments 1024 total  Stop address:​...
  • Page 39 ● Preamp Off​ :  Shutdown preamp between measurements  ● CLK SHUT​ :  External Clock Shutdown – Not used in standard LIDAR­Lite  ● FPGA SLEEP​ :  Full FPGA sleep after measurement  DET OFF​ :  Turns off detector bias after measurement  ● N/A:​    Not used presently  ● Velocity Scale factor:​   “1” sets the velocity measurement separation to 10msec resulting in a  ● velocity calibration in meters/sec. A “0” value results in a measurement separation of 100msec.  ● Inhibit Reference   :​   If “1” inhibits the acquisition of reference pulses reducing measurement times  and reducing measurement variations at the expense of decreasing accuracy over time. “0” allows  normal operation  ● Velocity:​   Enable velocity measurement  Control Register #5 (0x05) (control_reg[5]:)    Notes  ● Nominal 128  ●...
  • Page 40 Control Register #9 (0x09) (control_reg [9]:)    Notes  Velocity [Read Only]:​   in .1 meters/sec (8 bit signed value)  ● ● See Mode Control, Register 0x04 for information on changing the scale factor to 1m/sec    Control Register #10(0x0a) (control_reg [10]:)    Notes  ● High byte of calculated delay of signal correlation [Read Only]:​   calculated after correlation  record processing    Control Register #11 (0x0b) (control_reg [11]:)    Notes  Low byte of calculated delay of signal correlation [Read Only]:​   calculated after correlation  ● record processing    Control Register #12 (0x0c) (control_reg [12]:)    Notes  ● Correlation Peak value of signal correlation [Read Only]:​   (scaled to 0 – 0xff max peak value)    Control Register #13 (0x0d) (control_reg [13]:)    Notes  Maximum noise within correlation record [Read Only]:​   scaled by 1.25 (typically between  ●...
  • Page 41 Control Register #15(0x0f) (control_reg [15]:)    Notes  High byte of calculated delay of signal [Read Only]:​   reference – calculated after correlation  ● record processing  ● If the MSB is 1 then the reading is not considered valid.    Control Register #16 (0x10) (control_reg [16]:)    Notes  Low byte of calculated delay of signal [Read Only]:​   reference – calculated after correlation  ● record processing    Control Register #17 (0x11) (control_reg [17]:)    Notes  ● Register shows the required DC compensation command value to maintain zero crossing offset at  preamp – Parameter used as part of health flag criteria    Control Register #18 (0x12) (control_reg [18]:)    Notes  ● Added delay between signal bursts [Write Only]:​   Used to lower transmission duty cycle and  pulse frequency    Control Register #19 (0x13) (control_reg [19]:)    Notes  ● Distance Calibration value:​...
  • Page 42   Control Register #21 (0x15) (control_reg [21]:)    Notes  ● Previous low byte of calculated delay of signal [Read Only]​ :  reference              LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...
  • Page 43 Detailed Register Descriptions ­External        Control Register #64 (0x40) ­ Command Control (control_reg[64]:) Bit  Description  Bit 7  Perform Delay calculation Processing  Bit 6  Perform Correlation process  Bit 5  Clear Correlation memory  Bit 4  Signal acquisition enable  Bit 3  Store template pattern enable  Bit 0 ... Bit 2  Starting action address    Bits 0 through 2 Definitions    Value  Description  000  No Operation  001  Start processes at template store  010  Start processes at signal acquisition  011  Start processes at  clear correlation memory  100  Start processes at  Perform Correlation process  101  Start processes at  Delay calculation Processing  110  Perform only memory bank access enable  111  Perform only correlation record filtering   ...
  • Page 44 Control Register #66 (0x42) (control_reg[66]:)    Notes  Preamp DC control:​    Range 0­255  ● ● Used in DC compensation servo loop    Control Register #67 (0x43) (control_reg[67]:) Bit  Description  Not Used  Bits 4­7  Bits 0­3  Signal power level control 0x0­0xf    Notes  Transmit power control: ​ L aser drive control bits (7 through 4) ref, bits (3 through 0) signal.  ● ● Maximum value set at factory 3amps.  The maximum output power of the optical source is set  through a factory selected resistor which limits available current to the transmit source.  ● When using laser devices, which have a much higher operating current, do not increase the  reference control level beyond the factory settings.  ● Increasing the reference control level may cause premature failure of the internal reference diode.    Control Register #68 (0x44) (control_reg[68]:)    Notes  ● Processing range gate (low byte):​   Sets the starting location for range processing in the  correlation   ...
  • Page 45 Bit 7  Eye Safe  Indicates that eye safety average power limit has been exceeded and  power reduction is in place  Bit 6  Signal  Signal Invalid – “1” No signal detected, “0’ signal detected  Invalid  Bit 5  Timestamp  Active between velocity measurement pairs  Bit 4  Second  Indicates a second peak was detected. 2nd peak value compared to noise  Peak  floor  Bit 3  PIN Status  Indicates the state of the Mode Select external pin.  De­bounced, masked  from output signals, inverted  Bit 2  Sig Overflow  Overflow detected in correlation process associated with a signal  acquisition  Bit 1  Ref  Overflow detected in correlation process associated with the reference  Overflow  acquisition  Bit 0  Busy  Busy, indicates that the processor is actively performing an acquisition  process.    Control Register #73(0x49) (control_reg [73]:)    Notes  ● Measured DC value out of correlation sampler input [Read Only]:​    Value based on the ratio of  1’s and 0’s ...
  • Page 46   Notes  ● Output port [Write Only      Control Register #75(0x4b) (control_reg [75]:) Bit  Function  Notes  Bit 7      Bit 6      Bit 5      Bit 4      Bit 3      Bit 2  Select Max  “1” selects the longer distance; “0” selects the shorter distance  Range  Bit 1  Select Range  “1” selects return data based on distance; “0” selects strongest return,  Criteria  regardless of distance  Bit 0  Select Second  Controls echo processing selection :”1” switches to alternative return; “0”  Return  Selects data associated with detection criteria    Notes ...
  • Page 47 Bits 0­3  Start  Value in the range from 0x00­0x0f – starting point in correlation record  (  Address  record broken into 64 element segments 1024 total    Notes  ● Correlation start and stop locations [Write Only]    Control Register #82 (0x52) (control_reg [82]:)    Notes  ● Data from memory records [Read Only]:​   Template memory, Signal memory or Correlation  memory (low byte of 9 bit value)      Control Register #83(0x53) (control_reg [83]:) Bit  Function  Notes  Bits 6­7  Memory Bank  0:n/a 1: template memory selected, 2: signal memory selected, 3:  correlation memory selected.  Bit 5  N/A    Bit 4  N/A    Bit 3  N/A    Bit 2  Signal Stop  0: stops signal acquisition at 63 in signal memory 1:   stops at location  256 – 8 single bit samples per location ...
  • Page 48   Bits 0 through 2 Definitions    Value  Description  000  No Operation  001  Start processes at template store  010  Start processes at signal acquisition  011  Start processes at  clear correlation memory  100  Start processes at  Perform Correlation process  101  Start processes at  Delay calculation Processing  110  Perform only memory bank access enable  111  Perform only correlation record filtering    Notes  Command control register:​   Writing to this register through the I2C interface immediately initiates  ● a command operation. Thus it is important to initiate this command only at the completion of  defining other registers.    Control Register #65 (0x41) (control_reg[65]:)    Notes  Hardware Version: ​ r evisions begin with 0x01  ●   Control Register #66 (0x42) (control_reg[66]:)    Notes ...
  • Page 49 ● Maximum value set at factory 3amps.  The maximum output power of the optical source is set  through a factory selected resistor which limits available current to the transmit source.  ● When using laser devices, which have a much higher operating current, do not increase the  reference control level beyond the factory settings.  ● Increasing the reference control level may cause premature failure of the internal reference diode.    Control Register #68 (0x44) (control_reg[68]:)    Notes  Processing range gate (low byte):​   Sets the starting location for range processing in the  ● correlation    Control Register #69 (0x45) (control_reg[69]:)    Notes  ● Processing range gate (high byte)    Control Register #70(0x46) (control_reg [70]:)    Notes  ● Single bit passed from microcontroller PWM output:​    High at mode pin returns pulse width  proportional distance      Control Register #71 (0x47) ­ Mode/Status (control_reg[71]:) Bit  Function  Notes  Bit 7  Eye Safe  Indicates that eye safety average power limit has been exceeded and ...
  • Page 50 Bit 1  Ref  Overflow detected in correlation process associated with the reference  Overflow  acquisition  Bit 0  Busy  Busy, indicates that the processor is actively performing an acquisition  process.    Control Register #73(0x49) (control_reg [73]:)    Notes  Measured DC value out of correlation sampler input [Read Only]:​    Value based on the ratio of  ● 1’s and 0’s      Control Register #74(0x4a) (control_reg [74]:) Bit  Function  Notes  Bit 7      Bit 6      Bit 5      Bit 4  Busy Flag  Busy flag outputs on mode select pin with I2C initiated acquisition.  High  causes pin output to be driven low  Bit 3  Detector  Select receiver detector 1 or 2 – not used in LIDAR­Lite product  sel ...
  • Page 51 Bit 3      Bit 2  Select Max  “1” selects the longer distance; “0” selects the shorter distance  Range  Bit 1  Select Range  “1” selects return data based on distance; “0” selects strongest return,  Criteria  regardless of distance  Bit 0  Select Second  Controls echo processing selection :”1” switches to alternative return; “0”  Return  Selects data associated with detection criteria    Notes  Range Processing Criteria for two echoes:​   Max signal, Max/Min Range.  ●   Control Register #76(0x4c) (control_reg [76]:)    Notes  Peak Value of 2nd largest pulse in the signal correlation record [Read Only]  ●   Control Register #79 (0x4f) (control_reg[79]:)    Notes  Software Version:​   Revisions begin with 0x01  ●     Control Register #81(0x51) (control_reg [81]:) Bit ...
  • Page 52   Control Register #83(0x53) (control_reg [83]:) Bit  Function  Notes  Bits 6­7  Memory Bank  0:n/a 1: template memory selected, 2: signal memory selected, 3:  correlation memory selected.  Bit 5  N/A    Bit 4  N/A    Bit 3  N/A    Bit 2  Signal Stop  0: stops signal acquisition at 63 in signal memory 1:   stops at location  256 – 8 single bit samples per location  Bit 1  Signal Start  0: starts signal acquisition at zero in signal memory 1: starts at location  64 – 8 single bit samples per location  Bit 0  Reset xmt  Resets rotating transmit pattern to base state  pattern    Notes  Acquisition and control settings [Write Only]  ●   Control Register #87 (0x57) (control_reg [87]:)    Notes  High byte of calculated delay of reference or signal return [Read Only]:​   Calculated after  ●...
  • Page 53 Control Register #90 (0x5a) (control_reg [90]:)    Notes  Maximum noise within correlation record [Read Only]:​   Scaled by 1.25 (typically between 0x10  ● – 0x30)    Control Register #91 (0x5b) (control_reg [91]:)    Notes  ● Calculated signal strength [Read Only]:​ C alculation based on the number of averaged samples  and correlation peak value      Control Register #92 (0x5c) (control_reg [92]:) Bit  Function  Notes  Bit 7      Bit 6      Bit 5      Bit 4      Bit 3      Bit 2     ...
  • Page 54 Notes  Measured transmit power [Read Only]:​   Using internal power monitor  ●   Control Register #96 (0x60) (control_reg [96]:)    Notes  Fine delay [Read Only]:​   Interpolated fine delay (0­29)  ●   Control Register #97 (0x61) (control_reg [97]:)    Notes  Peak Index high byte [Read Only]:​   Coarse crossing point in the correlation record prior to zero  ● crossing    Control Register #98 (0x62) (control_reg [98]:)    Notes  ● Peak Index low byte [Read Only]:​   Coarse crossing point in the correlation record prior to zero  crossing    Control Register #99 (0x63) (control_reg [99]:)    Notes  ● Positive Crossing​   ­ Upper correlation pulse data value prior to zero crossing  ● Used to interpolate fine delay ...
  • Page 55 Bit 4    Bit 3  Det Bias Disable  Bit 2  SLEEP  Bit 1  RCVR PWR  Disable  Bit 0  OSC Disable    Notes:  Power control [Write Only]  ● ● Default Value​ :  0x00  ● OSC Disable​ :   Disables oscillator reference – Not used in Lidar­Lite SPC  RCVR PWR Disable​ :  Turns on receiver regulator – decreases power consumption by 30mA when  ● inhibited  ● SLEEP​ :      Processor sleep – Reduces power to 20mA with other hardware disabled (wakes on I2C  transaction) Send dummy prior to any command or register access operation.  ● Det Bias Disable​ :  Turns off detector bias charge pump      Control Register #104 (0x68) (control_reg [104]:) Bit ...
  • Page 56 Control Register #88 (0x58) (control_reg [88]:)    Notes  Low byte of calculated delay of reference or signal return [Read Only]:​   Calculated after  ● correlation record processing    Control Register #89 (0x59) (control_reg [89]:)    Notes  ● Correlation Peak value reference or return [Read Only]:​   Scaled to 0 – 0xff max peak value  ● Used in both signal strength calculation and stored in the appropriate uP control register    Control Register #90 (0x5a) (control_reg [90]:)    Notes  ● Maximum noise within correlation record [Read Only]:​   Scaled by 1.25 (typically between 0x10  – 0x30)    Control Register #91 (0x5b) (control_reg [91]:)    Notes  Calculated signal strength [Read Only]:​ C alculation based on the number of averaged samples  ● and correlation peak value      Control Register #92 (0x5c) (control_reg [92]:) Bit  Function ...
  • Page 57 Notes  Reset [Write Only]:​   FPGA Core reset – any write to this register  ● ● Soft reset of system always occurs with write to register.    Control Register #93 (0x5d) (control_reg [93]:)    Notes  ● Correlation sign bit [Read Only]:​   MSB of 9 bit signed result  ● Most significant bit of signed correlation value    Control Register #93 (0x5f) (control_reg [95]:)    Notes  ● Measured transmit power [Read Only]:​   Using internal power monitor    Control Register #96 (0x60) (control_reg [96]:)    Notes  ● Fine delay [Read Only]:​   Interpolated fine delay (0­29)    Control Register #97 (0x61) (control_reg [97]:)    Notes  ● Peak Index high byte [Read Only]:​   Coarse crossing point in the correlation record prior to zero  crossing ...
  • Page 58 Control Register #100 (0x64) (control_reg [100]:)    Notes  Negative Crossing:​   Lower correlation pulse data value after zero crossing  ● ● Used to interpolate fine delay      Control Register #101 (0x65) (control_reg [101]:) Bit  Function  Bit 7    Bit 6    Bit 5    Bit 4    Bit 3  Det Bias Disable  Bit 2  SLEEP  Bit 1  RCVR PWR  Disable  Bit 0  OSC Disable    Notes:  Power control [Write Only]  ● ● Default Value​ :  0x00  OSC Disable​ :   Disables oscillator reference – Not used in Lidar­Lite SPC  ●...
  • Page 59   Notes  ● Velocity measurement period setting  ● 0xc8:​   gives 100msec pulse separation for .1m/sec velocity register calibration value  0x14 :​   gives 10msec pulse separation for 1m/sec velocity register calibration value  ●   LIDAR­Lite v1 “Silver Label” Manual​ ,  Updated: 08/13/15  ...