CN110676688A - 驱动电路、激光雷达***和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种可用于激光雷达发射端的驱动电路，包括：驱动模块、开关、电流镜和基准电流源，其中，驱动模块的输入端可接收外部驱动信号，驱动模块的输出端耦接至所述开关的控制端；电流镜的输入端耦接至所述开关的第一端，电流镜的输出端用于耦接激光雷达的激光器；所述开关的第二端耦接基准电流源。本公开通过利用电流镜可提供稳定电流以及不受其他因素影响的特点，将电流镜在激光雷达发射端的驱动电路中应用，提高了激光雷达对外界温度的免疫性，避免了复杂的温度检测和反馈调整的处理，还可以实现激光雷达对于从电流到发光的精准控制。

Description

驱动电路、激光雷达***和驱动方法
技术领域
本公开涉及激光雷达领域，尤其涉及一种可用于激光雷达发射端的驱动电路、激光雷达***以及驱动方法。
背景技术
随着人工智能技术的快速发展，自动驾驶、人脸识别、3D拍照等应用场景逐渐成熟。而激光雷达作为一个重要的立体成像传感器，可以说是这些应用方向得以发展的基本条件。激光雷达由发射端、接收端、信息处理等部分组成。激光雷达的工作原理为，激光器发射出激光信号，接收器接收由目标反射回来的信号，通过测量反射信号的信息，得到目标的有关信息，例如距离、方位、高度、速度、形状参数。
激光雷达发射端是整个雷达***的主要组成部分，其中激光雷达发射端的驱动电路完成了电信号转光信号的过程。激光雷达发射端的驱动电路需要实现对不同温度、不同批次、不同通道之间发光能量的一致和稳定。由于激光雷达发射端发出的激光信号的一致性和稳定性，对于探测目标信息的准确性非常重要，因此如何设计发光能量一致且稳定的激光雷达发射端，具有很重要的意义。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
公开内容
有鉴于此，本公开旨在提供一种改进的可用于激光雷达发射端的驱动电路方案。
在一个方面，提供一种可用于激光雷达发射端的驱动电路，包括：驱动模块、开关、电流镜和基准电流源，其中，
驱动模块的输入端可接收外部驱动信号，驱动模块的输出端耦接至所述开关的控制端；
电流镜的输入端耦接至所述开关的第一端，电流镜的输出端用于耦接激光雷达的激光器；
所述开关的第二端耦接基准电流源。
在一个实施例中，其中，所述开关被配置为在控制端的驱动电压达到预设阈值电压时接通。
在一个实施例中，其中，所述驱动模块包括级联的多级放大器。
在一个实施例中，其中，所述驱动模块还包括反相器。
在一个实施例中，所述电流镜为1：K的电流镜，其中K大于1。
在另一个方面，还提供一种激光雷达***，包括：
如上所述的驱动电路；以及
激光器，用于耦接至所述驱动电路的输出端。
在一个实施例中，所述驱动模块接收到所述外部驱动信号时，驱动所述开关闭合，所述基准电流源与所述电流镜的输入端连通，所述电流镜的输出电流驱动所述激光器发出激光束。
在又一个方面，还提供一种使用如上所述的驱动电路的驱动方法，包括：
接收外部驱动信号；
对所述驱动信号进行放大；以及
利用所述放大的驱动信号控制电流镜，产生放大的电流；
利用所述放大的电流，驱动激光器。
在一个实施例中，所述利用放大的驱动信号控制电流镜包括：利用所述放大的驱动信号控制所述开关。
在一个实施例中，所述利用放大的驱动信号控制电流镜还包括：当所述放大的驱动信号高于所述开关的预设阈值电压时，所述开关闭合，所述基准电流源与所述电流镜的输入端连通，所述电流镜产生所述放大的电流。
根据本公开的实施方式，通过利用电流镜可提供稳定电流，不受其他因素影响的特点，将电流镜在激光雷达发射端的驱动电路中应用，提高了激光雷达对外界温度的免疫性，避免了复杂的温度检测和反馈调整的处理，还可以实现激光雷达对于从电流到发光的精准控制。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本公开一个实施例的传统驱动电路框图；
图2示出了根据本公开一个实施例的用于激光雷达发射端的驱动电路框图；
图3示出了根据本公开一个实施例的用于激光雷达发射端的驱动电路各主要节点的波形图；以及
图4示出了根据本公开一个实施例的用于激光雷达发射端的驱动电路的驱动方法。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
申请人发现，传统激光雷达发射端的驱动电路不能稳定地驱动激光二极管，这个现象可能是由于多种原因造成的。图1示出了一种驱动电路100的框图。如图1所示，激光雷达发射端的驱动电路100作用相当于用来推动外置N型MOSFET器件Q1的栅极，实现发光通路的开启和关闭。驱动电路100的输入电压短脉冲经过电压驱动器DRV放大，提供电压VDRV推动开关Q1。输入的电压短脉冲信号例如输入宽度为3ns的电压短脉冲信号，通过电压驱动器DRV后，本应该保持波形，由于驱动电路100上的寄生电阻，可能会使输入的电压短脉冲信号减小甚至不足以推开开关，导致激光器无法发光。
另外，当温度变化时，驱动电路100上的寄生电阻会随着温度的升高而变大，从而使脉冲信号减小更多，甚至使脉冲信号减小到不足以推开开关，导致激光器无法发光。
下面结合图2-图3详细介绍本公开的一个实施例的可用于激光雷达发射端的驱动电路。
图2示出了根据本公开一个实施例的用于激光雷达发射端的驱动电路200的示意图。如图2所示，所述驱动电路200包括：驱动模块201、开关S1、电流镜202和基准电流源203。
本领域技术人员容易理解，所述开关S1例如具有控制端、第一端和第二端，其中，所述第一端和第二端可以处于导通或者断开的状态，具体地，当第一端和第二端处于导通的状态，对应第一端和第二端彼此连通；当第一端和第二端处于断开的状态，对应第一端和第二端彼此不连通。所述控制端用于控制所述第一端与第二端之间的导通或者断开。例如，当所述控制端接收到高电平信号时，所述第一端与第二端导通；所述控制端接收到低电平信号时，所述第一端与第二端之间断开。反之也可以，这些都在本公开的保护范围内。
如图2所示，所述驱动模块201的输入端可接收外部的驱动信号INPUT，驱动信号INPUT可以是短脉冲，所述驱动模块201的输出端耦接至所述开关S1的控制端。所述驱动模块201接收到驱动信号INPUT后，例如经过信号放大，输出的信号可以推动所述开关S1接通和断开，从而能够根据驱动信号来控制所述开关S1的接通和断开。所述电流镜202包括第一晶体管M1和第二晶体管M2。电流镜202的输入端202-In耦接至所述开关S1的第一端，输出端202-Out耦接至激光雷达的激光二极管D1，所述开关S1的第二端耦接至所述基准电流源203。基准电流源203由电源VDD(例如芯片的电源)供电，可提供稳定的基准电流I1。根据本公开的一个实施例，所述开关S1被配置为在控制端的驱动电压达到预设阈值电压时接通。这样，当所述驱动模块201的输出端输出的驱动信号达到所述预设阈值电压时，所述开关S1的第一端和第二端导通；反之，所述开关S1的第一端与第二端断开。
所述电流镜202例如为1：K的电流镜，即第二晶体管M2和第一晶体管M1的器件尺寸(宽长比W/L)的比例为K:1，输出电流＝K*输入电流，K可以等于1、小于1或者大于1，优选大于1，从而实现电流放大的效果。所述电流镜202可将输入的电流复制输出或者放大输出，从而可通过控制所述电流镜202输入端202-In的电流来控制其输出端202-Out的电流，同时所述输出电流不受所述晶体管的指标的分散性影响，也不受输出电路的寄生阻抗的影响，所以可以实现所述驱动电路的精确控制。另外所述电流镜202可为MOS管基本电流镜、双极型基本电流镜、Widlar电流镜和/或级联电流镜，本公开对于电流镜的类型不做任何限制。
所述基准电流源203可以向所述驱动电路200提供高质量、高稳定性的电流，具有高精度、低温度系数的特点。所述基准电流源203的输出电流不受电源电压和/或温度和/或负载的影响而改变。
下面简单描述图2所示的驱动电路200的工作方式。
当向所述驱动电路200输入例如为短脉冲信号的驱动信号INPUT时，所述驱动模块201将所述驱动信号INPUT放大，使其达到所述开关S1的预设阈值电压，由所述驱动模块201的输出端输出至所述开关S1的控制端，控制所述开关S1的第一端与第二端导通或连通。由于所述开关S1的第二端与所述基准电流源203连接，所述开关S1的第一端与所述电流镜的输入端202-In连接，因此所述基准电流源203提供的稳定的基准电流I1能够流入所述电流镜的输入端202-In。由于所述电流镜202为1：K的电流镜，因此在所述电流镜202的输出端202-Out产生输出电流I2＝K*I1。输出电流I2流过所述激光雷达的激光二极管D1，从而驱动所述激光二极管D1发射出激光束。
而当所述驱动信号INPUT停止时，所述驱动电路200的输出不足以使得所述开关S1闭合，因此开关S1断开，即开关S1的第一端和第二端断开，基准电流源203的基准电流I1停止流入到所述电流镜202的输入端202-In，使得所述电流镜202的输出端202-Out的电流也截止，此时没有电流流过所述激光雷达的激光二极管D1，激光二极管D1停止发出激光束。
如图2所示，因为所述基准电流源203输出的电流I1与温度、电源、工艺无关，所以可以向所述电流镜202提供稳定的电流输入。又因为所述电流镜输出电流I2仅取决于电流镜的输入电流，不受所述第一晶体管M1和所述第二晶体管M2的指标的分散性影响，实现了所述驱动电路200的精确控制。例如，当第一晶体管M1和第二晶体管M2的器件尺寸(宽长比M/L)的比例为K:1时，所述电流镜的输出电流I2＝K*I1。此时，所述激光二极管D1的最大发光功率由所述输出电流I2来决定，与VDD1电源(例如外部的发光电源)、寄生电阻R1以及寄生电感L1无关，实现了所述驱动电路200的精确控制，进而保证了发光二极管D1发光能量的一致性和稳定性。本公开中，用电流镜做电流输出驱动，可以实现从电流到发光的精准控制。电流镜中M1,M2处于闭合或者导通是同步的，不受节点电压的影响。
图3示出了根据图2实施例的用于激光雷达发射端的驱动电路200中输入驱动信号INPUT、开关S1、电流镜输出电流I2的波形示意图。如图3所示，当外部向所述驱动电路200输入驱动脉冲信号时，所述开关S1闭合，同时所述电流镜的输入电流I1发生增益，并且所述输出电流I2在所述驱动脉冲信号的时间周期内可保持平稳，与其他的电路参数、温度等因素无关。
根据本公开的一个实施例，所述驱动模块201包括级联的多级放大器。所述级联的多级放大器可实现将微弱的驱动信号INPUT多次放大，使所述驱动模块201的输出端输出的放大后的驱动信号达到所述开关S1的预设阈值电压，从而所述开关S1接通。另外根据本公开的一个实施例，所述驱动模块201还包括反相器。
本公开还提供一种激光雷达***，包括：如上所述的可用于激光雷达发射端的驱动电路200以及激光器(例如激光二极管)，所述激光器用于耦接至所述驱动电路的输出端。
根据本公开的一个优选实施例，在该激光雷达***中，所述电路200的驱动模块接收到所述外部驱动信号时，驱动所述开关闭合，所述基准电流源与所述电流镜的输入端连通，所述电流镜的输出电流驱动所述激光器发出激光束。
图4示出了根据本公开一个实施例的用于激光雷达发射端的驱动电路的驱动方法300。如图4所示，所述驱动方法300包括：
S301:接收外部驱动信号；
S302:对所述驱动信号进行放大；
S303:利用所述放大的驱动信号控制电流镜，产生放大的电流；以及
S304:利用所述放大的电流，驱动激光器。
所述驱动方法300例如通过如图2所示的驱动电路来实施。
根据本公开的一个实施例，所述利用放大的驱动信号控制电流镜包括：利用所述放大的驱动信号控制所述开关。
在一个实施例中，所述利用放大的驱动信号控制电流镜还包括：当所述放大的驱动信号高于所述开关的预设阈值电压时，所述开关闭合，所述基准电流源与所述电流镜的输入端连通，所述电流镜产生所述放大的电流。
根据本公开的实施方式，通过利用电流镜可提供稳定电流以及不受其他因素影响的特点，将电流镜在激光雷达发射端的驱动电路中应用，提高了激光雷达对外界温度的免疫性，避免了复杂的温度检测和反馈调整的处理，还可以实现激光雷达对于从电流到发光的精准控制。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光雷达发射端的驱动电路，包括：驱动模块、开关、电流镜和基准电流源，其中，
驱动模块的输入端可接收外部驱动信号，驱动模块的输出端耦接至所述开关的控制端；
电流镜的输入端耦接至所述开关的第一端，电流镜的输出端用于耦接激光雷达的激光器；
所述开关的第二端耦接基准电流源。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述开关被配置为在控制端的驱动电压达到预设阈值电压时接通。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中，所述驱动模块包括级联的多级放大器。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中，所述驱动模块还包括反相器。
5.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中，所述电流镜为1：K的电流镜，其中K大于1。
6.一种激光雷达***，包括：
根据权利要求1-5中任一项所述的驱动电路；以及
激光器，用于耦接至所述驱动电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的激光雷达***，其中，所述驱动模块接收到所述外部驱动信号时，驱动所述开关闭合，所述基准电流源与所述电流镜的输入端连通，所述电流镜的输出电流驱动所述激光器发出激光束。
8.一种使用根据权利要求1-5中任一项所述的驱动电路的驱动方法，包括：
接收外部驱动信号；
对所述驱动信号进行放大；以及
利用所述放大的驱动信号控制电流镜，产生放大的电流；
利用所述放大的电流，驱动激光器。
9.根据权利要求8所述的驱动方法，其中所述利用放大的驱动信号控制电流镜包括：利用所述放大的驱动信号控制所述开关。
10.根据权利要求9所述的驱动方法，其中所述利用放大的驱动信号控制电流镜还包括：当所述放大的驱动信号高于所述开关的预设阈值电压时，所述开关闭合，所述基准电流源与所述电流镜的输入端连通，所述电流镜产生所述放大的电流。
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