CN114765340A - 垂直腔面发射激光器阵列的方形脉冲激光驱动器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方式中，电驱动电路可以包含接收第一光学负载的阳极的第一光学负载端子。该电驱动电路可以包含结部分，该结部分包含接收第一光学负载的阴极和第二光学负载的阳极的第一电结和第二光学负载端子。该电驱动电路可以包含：接收第二光学负载的阴极的第三光学负载端子；连接在第三光学负载端子和公共地之间的第一开关；连接在第一电结和第二电结之间的耦合电容器；连接在第二电结和公共地之间的第二开关；以及从第二电结的第二分支连接并且连接在第二电结和公共地之间的电感器。

Description

垂直腔面发射激光器阵列的方形脉冲激光驱动器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2021年1月11日提交的,标题为“LOW POWER LASER DRIVE”的美国临时专利申请63/199602的优先权，该在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用并入到本专利申请中。
技术领域
本公开总体上涉及激光器和激光驱动器，并且涉及用于使用多个开关驱动垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)的激光器负载以发射方形形状光学脉冲的电驱动电路。
背景技术
基于飞行时间的(Time-of-flight-based，TOF-based)测量***，例如三维(three-dimensional，3D)感测***、光检测和测距(light detection and ranging，LIDAR)***等，将光学脉冲发射到视场中，检测经反射的光学脉冲，并通过测量发射的光学脉冲和经反射的光学脉冲之间的延迟和/或差异来确定到视场中对象的距离。对于一些应用，矩形形状脉冲可以被发射到视场中。TOF-based测量***只是矩形形状光学脉冲的一种应用。矩形形状脉冲(也称为“方形形状脉冲”、“方波”或“脉冲波”等)是一种非正弦周期波形，其中振幅在固定的最小值和最大值之间以稳定的频率交替。在理想的矩形形状脉冲中，最小值和最大值之间的转换是瞬时或接近瞬时的。
电子驱动器，也可以称为“电驱动电路”，向光学负载提供电流和电压，以使该光学负载生成光学脉冲。用于矩形脉冲的电子驱动器向光学负载提供电流和电压，以使来自该光学负载的光学脉冲近似矩形形状。上升时间、下降时间、过冲和纹波等是电流、电压和/或光学脉冲中的缺陷的示例，这些缺陷阻止电子驱动器使光学负载提供理想的矩形形状光学脉冲。
VCSEL可以单独地和/或在VCSEL阵列中用作上述3D感测应用或其他应用的光学负载。VCSEL可以用于生成结构光(例如，在泛光照明器中)、飞行时间(time-of-flight，TOF)测量光束等，以使能3D感测应用或其他应用。VCSEL生成光学脉冲，例如矩形形状脉冲，以提供可以用于面部识别、手势识别等的光束。VCSEL可以包含在智能电话设备、游戏设备、感测设备等中。
VCSEL阵列可以包含以特定配置布置的多个VCSEL。例如，VCSEL阵列可以以VCSEL的方形网格、VCSEL的辐射状网格、VCSEL的六边形网格、VCSEL的可变间距网格、VCSEL的随机网格等布置。经由对应的VCSEL阵列配置的选择，可以为VCSEL阵列的共同输出获得特定光束轮廓(例如，在大于瑞利距离的距离处共同形成光束的多个光束)。VCSEL的参数可以影响VCSEL的发射模式(例如，近场发射模式或远场发射模式)，这可以影响包含VCSEL的***的操作和/或包含VCSEL的VCSEL阵列的操作。单个晶粒可以包含一个或多个VCSEL阵列。包含多个VCSEL阵列的单个晶粒可以物理地分离该多个阵列，或者可以混合不同VCSEL阵列的发射器。在一些情况下，VCSEL阵列中的所有发射器在公共波长处操作(例如，示例VCSEL阵列中的所有发射器可以在940纳米(nm)或对于所有发射器相同的另一波长处操作)。
发明内容
根据一些实施方式，电驱动电路可以包含：第一光学负载端子，其接收第一光学负载的阳极；结部分，其包含第一电结(junction)和第二光学负载端子，该第一电结和第二光学负载端子接收第一光学负载的阴极和第二光学负载的阳极；第三光学负载端子，其接收第二光学负载的阴极；第一开关，其连接在第三光学负载端子和公共地之间；耦合电容器，其连接在第一电结和第二电结之间；第二开关，其连接在第二电结和公共地之间；以及电感器，其从第二电结的第二分支连接并且连接在第二电结和公共地之间。
根据一些实施方式，电驱动电路可以包含：第一光学负载端子，其用于接收第一光学负载的阳极；第一电结点，其包括第二光学负载端子，该第二光学负载端子用于接收第一光学负载的阴极和用于接收第二光学负载的阳极；第三光学负载端子，其用于接收第二光学负载的阴极；第一电路径，其从公共地开始通过第一辅助电容器、第一光学负载端子、第一电结点、耦合电容器、第二电结点、电感器、第二辅助电容器并回到公共地；第二电路径，其从公共地开始通过第二辅助电容器、电感器、第二电结点、耦合电容器、第一电结点、第二光学负载、第三光学负载端子和第一开关并回到公共地；以及第二开关，其连接在第二电结点和公共地之间。
根据一些实施方式，一种方法可以包含：由控制器将电驱动电路的第一开关设置为关断状态，并将电驱动电路的第二开关设置为接通状态，以对电驱动电路的电感器充电；以及由控制器将电驱动电路的第一开关设置为接通状态，并将电驱动电路的第二开关设置为关断状态，以将电流从电感器放电到第二光学负载中，其中该电感器连接在电结和电压源之间，使得：第一交流电流流经第一辅助电容器、第一光学负载、耦合电容器、该电感器和第二辅助电容器，并且第二交流电流流经该第二辅助电容器、该电感器、该耦合电容器、该第二光学负载和该第一开关。
附图说明
图1A-1D是本文所描述的具有连接的光学负载的示例电驱动电路的图。
图2-4是示例电流流经本文所描述的具有连接的光学负载的电驱动电路的图。
图5是与本文所描述的具有连接的光学负载的电驱动电路的性能和/或操作相关的示例曲线图的图。
图6是与驱动光学负载以发射矩形形状光学脉冲相关的示例过程的流程图。
具体实施方式
示例实施方式的以下详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
基于飞行时间的测量***，例如3D感测(3DS)***、LIDAR***等，将光学脉冲发射到视场中，检测经反射的光学脉冲，并通过测量发射的光学脉冲和经反射的光学脉冲之间的延迟和/或差异来确定到视场中对象的距离。一些***可以具有相对高的脉冲重复率或调制频率(例如，高达200兆赫(MHz))。TOF-based测量***可以包含控制向光学负载(例如，激光二极管、半导体激光器、VCSEL、VCSEL阵列等)提供电流和电压的电驱动电路(例如，激光驱动器)，从而将光学脉冲发射到视场中。光学负载可称为“激光器负载”光学脉冲可以是矩形形状脉冲(也称为“方脉冲”、“方波”、“方波形状”或“脉冲波”等示例)，其是非正弦周期波形，其中振幅在固定的最小值和最大值之间以稳定的频率交替，理想地在最小值和最大值之间具有瞬时或接近瞬时的转换。一些使用情况可以允许电脉冲的非稳定频率和/或非周期(例如，不规则或随机)触发，例如实现不同的上升时间、不同的脉冲幅度或不同的脉冲定时等。
通常，发射具有明确定义的时间原点和矩形形状的光学脉冲可以改善测量精度和准确度(例如，与具有非矩形形状、长上升时间、定义不明确的时间原点等的光学脉冲相比)。为了实现这样的矩形形状，发射的光学脉冲通常应该具有短上升时间(例如，在此期间光学脉冲功率上升的时间)和短下降时间(例如，在此期间光学脉冲功率下降的时间)。例如，光学脉冲的上升时间可以是在此期间光学脉冲的功率从峰值功率的10％上升到峰值功率的90％的时间，并且可以被称为“10％-90％上升时间”。类似地，光学脉冲的下降时间可以是在此期间光学脉冲的功率从峰值功率的90％下降到峰值功率的10％的时间，并且可以被称为“90％-10％下降时间”。因此，设计最小化上升时间的电驱动电路可以是有利的。附加地，为了确保矩形形状脉冲，设计最小化纹波的电驱动电路可以是有利的。在一些配置中，可以采用多个电驱动器来实现矩形形状脉冲的最小上升时间。然而，这种最小化上升时间和/或实现矩形形状脉冲的配置会导致不期望的电功率使用和/或损耗水平。
本文所描述的一些实施方式提供了一种方法和/或电驱动电路，用于使用多个开关驱动激光器或光学负载以发射矩形形状光学脉冲。当使用多个开关时，本文所描述的一些实施方式可以包含第一激光器负载和第二激光器负载、第一开关和第二开关、以及存储和充电电流的耦合电容器和电感器。当第一开关断开并且第二开关闭合时，电感器可以被充电。当第一开关闭合并且第二开关断开时，电感器可以以短上升时间和慢下降时间将直流电流放电到第二激光器负载中，并且在第一激光器负载处以慢上升时间从主电压源接收另一直流电流。随后，当第一开关断开并且第二开关闭合时，第一光学负载可以以短下降时间停止发射，并且电感器可以被再次充电。以这种方式，从第一激光器负载和第二激光器负载共同输出的光学脉冲具有短上升时间、低纹波(导致矩形形状)和短下降时间。例如，如本文所描述，第一激光器负载和第二激光器负载可被驱动以发射具有短上升时间(例如，小于1纳秒(ns)、小于100皮秒(ps))、短下降时间(例如，小于1ns、小于500ps、小于300ps等)和/或脉冲的平坦顶部的光学脉冲。
总电功率损耗可以比现有技术小。例如，本文所描述的一些实施方式可以使用包含驱动器、第一连接点、第一激光器负载、第二连接点、第二激光器负载和第三连接点(其中第一激光器负载在第一和第二连接点之间，第二激光器负载在第二和第三连接点之间)的电驱动电路。在这种情况下，第一连接点可以用作第一激光器负载的阳极，第二连接点可以用作第一激光器负载的阴极和第二激光器负载的阳极，第三连接点可以用作第二激光器负载的阴极。结果，单个驱动器可以驱动两个激光器负载(第一激光器负载的上升时间可以相对于第二激光器负载的上升时间延迟谐振频率周期的一半)，以组合地实现例如上升时间小于100ps的方形脉冲。此外，至少部分基于实现具有相对短的上升时间、矩形形状和低水平电损耗的光学脉冲，本文所描述的电驱动电路可以用于例如具有相对高的脉冲重复率或调制频率(例如，高达200MHz的调制频率)的3DS应用。
图1A-1D是本文所描述的具有连接的光学负载的示例电驱动电路100/100’/100”/100”’的电路图。如图1A所示，电驱动电路100可以包含第一电压源102(连接到公共地140)、电容器104(连接到公共地140并与第一电压源102并联连接的辅助电容器)、第一激光器负载106、第二激光器负载108、电容器110(耦合电容器)、电感器112、电容器114(连接到公共地140并与第二电压源116并联连接的辅助电容器)、第二电压源116(连接到公共地140)、第一开关118(连接到公共地140)和第二开关120(连接到公共地140)。在一些实施方式中，第一开关118可以是高速开关，例如高速场效应晶体管(field electrical transistor，FET)开关(开关速度小于1纳秒(ns))。在一些实施方式中，第二开关120可以是高速开关，例如高速FET，或者是低速开关，例如低速FET(开关速度小于5纳秒)。其他类型的开关也是可能的。
在一些实施方式中，电驱动电路100可以包含第一电结122(在第一激光器负载106和第二激光器负载108之间的结部分中)和第二电结124。尽管本文根据特定的一组组件描述了一些实施方式，但是附加组件、更少的组件或组件的不同组合也是可能的。
在一些实施方式中，电压源102/116可以包含直流(direct current,DC)电压源、调节器、DC-DC转换器、交流(alternating current,AC)-DC转换器或提供DC电压的另一种类型的源。在一些实施方式中，电压源102/116可以分别包含电容器104/114。在一些实施方式中，第一激光器负载106和/或第二激光器负载108可以包含发射光学脉冲的组件。例如，第一激光器负载106和/或第二激光器负载108可以包含激光二极管、VCSEL、边缘发射器、多结激光器、半导体激光器、半导体激光器负载、半导体激光二极管或其阵列等其它示例。第一激光器负载106可以包含第一数量的发射器，且第二激光器负载108可以包含第二数量的发射器，该第二数量的发射器在数量或输出光学功率上近似等于第一数量的发射器(例如，如本文所描述，以实现近似相等的光学功率输出)。在一些情况下，第一激光器负载106和第二激光器负载108可以具有近似相等的光学功率输出，这可以包含在光学脉冲期间在各个峰值处实现近似相同的峰值输出功率和/或在整个光学脉冲期间实现近似相同的总输出功率(例如，具有不同的光学功率/时间响应)。
在一些实施方式中，与电驱动电路100分开地或独立地提供第一激光器负载106和第二激光器负载108。这在独立于激光器制造和/或销售电驱动电路的情况下很常见。在一些实施方式中，第一激光器负载106和/或第二激光器负载108可以被集成到电驱动电路100中。在一些实施方式中，可以创建包含电驱动电路100的一些组件和激光器负载106/108中的任一者或两者的集成电路。在一些实施方式中，多VCSEL阵列可以包含第一VCSEL阵列和第二VCSEL阵列，该第一VCSEL阵列包含第一激光器负载106并且第二VCSEL阵列包含第二激光器负载108。在一些实施方式中，多VCSEL阵列的不同激光器的发射器间隔开。
在一些实施方式中，可以以特定的形式因素提供电驱动电路100。例如，电驱动电路100的分立组件可以一起组装在印刷电路板和/或基板上。附加地或替代地，电驱动电路100的一个或多个组件可以被集成为单片驱动器集成电路(例如，半导体)芯片。在一些实施方式中，电驱动电路100的一个或多个组件可以部分地与激光器负载106/108集成。在一些实施方式中，电驱动电路100可以组装在单个基板上并集成到单个设备中。因此，根据电驱动电路100的特定形式，电驱动电路100可以包含用于激光器负载106/108的接口，该接口可以包含一个或多个连接点、电极、迹线和/或其他元件，以将激光器负载106/108连接到电驱动电路100。在一些实施方式中，电驱动电路100和/或激光器负载106/108可以包含一个或多个无源光学元件(未示出)(例如，透镜、漫射器或透明盖等)或与一个或多个无源光学元件接合。例如，第一激光器负载106可以被设置在第二激光器负载108近距阈值内，使得激光器负载106/108共享相同的无源光学元件(例如，相同的透镜或漫射器)。将第一激光器负载106和第二激光器负载108彼此靠近定位有利于最小化每个激光器负载之间的视场差异。如果在两个激光器负载106/108之间存在大的间距，来自共面平面中的两个激光器的光的到达时间在视场的极端角度处会不同，导致光学脉冲的形状失真(例如，光学脉冲的倾斜或倾斜顶部)。因此，排列第一激光器负载106和第二激光器负载108可以改善视场的角展度。
如图1A进一步所示，第一电结122形成电驱动电路100的两个分支。离开第一电结122的第一分支包含第二激光器负载108和开关118。离开第一电结122的第二分支包括电容器110和第二电结124。在离开第一电结122的第二分支中，第二电结124的一端连接到电容器110，且第二电结124的另一端限定了离开电结124的两个分支。例如，离开第二电结124的第一分支包含第二开关120。离开第二电结124的第二分支包含电感器112、电容器114和第二电压源116。在离开第二电结124的第二分支172中，电感器112的一端连接到第二电结124，且电感器112的另一端连接到电容器114和第二电压源116，同时电容器114和第二电压源116也并联地与公共地连接。该配置使得能够用单个充电的电感器驱动器驱动第一激光器负载106和第二激光器负载108，该充电的电感器驱动器向激光器负载106/108两者提供电流(基于电感器112的放电和耦合电容器110的操作而被时移)，以使得发射矩形形状(例如，方形形状)脉冲。
在一些实施方式中，第一激光器负载106可以与第一操作波长(例如，940纳米(nm)或1.5毫米(mm)等示例)相关联，第二激光器负载108可以与近似等于第一操作波长的第二操作波长相关联，例如在第一操作波长的+/-10％内。在该情况下，基于第一操作波长近似等于第二操作波长，第一激光器负载106和第二激光器负载108的共同输出可以被组合以形成矩形形状脉冲。
图1B示出了被配置用于接收两个激光器负载(例如两个光学二极管源)的示例电驱动电路100’。如图1B所示，电驱动电路100’包含一组激光器负载接收器(LLR)150-156。例如，第一激光器负载接收器(LLR1)150和第二激光器负载接收器(LLR2)152可以接收第一激光器负载(例如，第一激光器负载106)。类似地，第三激光器负载接收器(LLR3)154和第四激光器负载接收器(LLR4)156可以接收第二激光器负载(例如，第二激光器负载108)。激光器负载接收器150/152和154/156可以是可以接收激光器负载的焊盘(pad)或其他电连接点(例如，在光学设备的组装期间，制造的激光器负载可以附接到单独制造的电驱动电路)。在一些实施方式中，LLR2和LLR3可以是可以接收第一激光器负载和第二激光器负载的公共焊盘或其他电连接点。
图1C示出了配置有一组光学负载端子的示例电驱动电路100”。如图1C所示，电驱动电路100”包含：第一光学负载端子160，其接收第一激光器负载(例如，第一激光器负载106)的阳极；第二光学负载端子162，其接收第一激光器负载的阴极和第二激光器负载(例如，第二激光器负载108)的阳极；以及第三光学负载端子164，其接收第二激光器负载的阴极。第二光学负载端子可以设置在包含第一电结(例如，第一电结122)的结部分中。
图1D示出了配置有离开第二电结的一组分支(例如，第二电结124限定了第一分支和第二分支)的示例电驱动电路100”’。例如，离开第二电结的第一分支170包含第二开关(例如，第二开关120)，离开第二电结的第二分支172包含电感器(例如，电感器112)、电容器(例如，电容器114)和电压源(例如，第二电压源116)。在图1D的第二分支172中，电感器112的一端连接到第二电结124，并且电感器112的另一端连接到电容器114和第二电压源116，同时电容器114和第二电压源116也并联地与公共地连接。
如上所述，提供图1A-1D作为示例。其他示例可以与关于图1A-1D所描述的内容不同。
图2是电流流经本文所描述的具有连接的光学负载的电驱动电路100的示例200的图。
如图2所示，电驱动电路100可以具有第一AC电流流动路径210和第二AC电流流动路径220。第一AC电流流动路径210可以传送第一AC电流，并且从公共地140延伸到电容器104、到第一激光器负载106、到第一电结122、到电容器110、到第二电结124、到电感器112、到电容器114和到公共地140。第二AC电流流动路径220可以传送第二AC电流，并且从公共地延伸到电容器114、到电感器112、到第二电结124、到电容器110、到第一电结122、第二激光器负载108、到第一开关118和到公共地140。
在一些实施方式中，相应的AC电流流动路径可以对应于两个激光器负载中的互补倾斜电流，如关于图5更详细地描绘和描述的。例如，第一AC电流流动路径210可以具有进入激光器负载106的正倾斜电流，第二AC电流流动路径220可以具有进入激光器负载108的负倾斜电流。由于在激光器负载106和激光器负载108处接收的互补倾斜电流，从激光器负载106和激光器负载108输出的所得波形可以是矩形波形。通过调谐第二电压源116处的V2电压值，这可以引起对电感器112处的L1电感器电流的调整，可以控制互补倾斜电流和所得矩形波形的配置。
在一些实施方式中，第一AC电流流动路径210和第二AC电流流动路径220可以具有彼此相移180度并且振幅相反的高频纹波电流(例如，作为寄生谐振的结果)。当相应的AC电流流动路径中的寄生电感相等时，纹波电流之间的180度相移导致纹波电流相互抵消。波纹电流抵消的结果是组合的光学脉冲可以具有相对平坦的顶部而没有波纹(例如，组合的光学脉冲的一部分在大约2纳秒(ns)到大约6纳秒以及在大约12纳秒到大约16纳秒，如图5所示)。
如上所述，提供图2作为示例。其他示例可以与关于图2所描述的不同。
图3是电流流经本文所描述的具有连接的光学负载的电驱动电路100的示例300的图。
如图3所示，电驱动电路100可以具有DC电流流动路径310。DC电流流动路径310可以从公共地140延伸到第一电压源102、到第一激光器负载106、到第一电结122、到第二激光器负载108、到第一开关118和到公共地140。在一些实施方式中，DC电流流动路径310可以表示电感器112放电后的DC电流。例如，当第一开关118处于接通状态(例如闭合)并且第二开关120处于关断状态(例如，断开)时，第一电压源102可以提供通过第一激光器负载106和第二激光器负载108的电流。
如上所述，提供图3作为示例。其他示例可以与关于图3所描述的不同。
图4是电流流经本文所描述的具有连接的光学负载的电驱动电路100的示例400的图。
如图4所示，电驱动电路100可以具有电感器纹波电流流动路径410。电感器波纹电流流动路径410可以从公共地140延伸到电容器114、到电感器112、到第二电结124、到第二开关120、到公共地140。在一些实施方式中，电感器纹波电流流动路径410可以表示电感器充电电流(电感器充电电流路径)。例如，当第一开关118处于关断状态(例如，断开)并且第二开关120处于接通状态(例如，闭合)时，电感器112存储能量。第二开关120可以与第一控制电压420(Vcharge)相关联，第一开关118可以与第二控制电压430(Vfire)相关联。
在一些实施方式中，开关118/120的改变状态的多周期可以用于对电感器112充电/放电。例如，当周期被限定为第一开关118处于关断状态(未提供第二控制电压430)并且第二开关120处于接通状态(提供第一控制电压420)的第一时间以及第一开关118处于接通状态(提供第二控制电压430)并且第二开关120处于关断状态(未提供第一控制电压420)的第二时间时，电驱动电路100可以经历两个周期来对电感器112完全充电和放电。在一些实施方式中，电源电压V1(102)和V2(116)的大小可以基于激光器负载106/108中的期望峰值电流。
基于具有更快的上升时间，电驱动电路100可以允许连接的光学负载在更短的时间段内达到光学脉冲峰值，从而相对于其他电驱动电路使得能够更快的光学脉冲重复率来获得相同的空间分辨率。通过减少实现配置的空间分辨率水平的时间量，本文所描述的电驱动电路可以具有比可以在感测***中使用的其他电驱动电路更低的总功率消耗。此外，通过使用电感器112作为电流源并将电感器纹波电流分到两个激光器负载，相对于使用补偿电流作为电流源的谐振纹波，减少了脉冲纹波的量。基于减少纹波水平，本文所描述的电驱动电路可以在没有卸荷电路(dumping circuit)的情况下使用，从而相对于需要卸荷的其他电驱动电路减少了功率消耗。
如上所述，提供图4作为示例。其他示例可以与关于图4所描述的不同。
图5是本文所描述的具有连接光学负载的电驱动电路的操作的示例曲线图500/510/520的示意图。
示例曲线图500示出了本文所描述的电驱动电路中的充电电压和放电电压。例如，曲线500示出了分别由启用/禁用开关120和118提供的第一控制电压420(Vcharge)和第二控制电压430(Vfire)。Vcharge对应于电感器纹波电流流动路径410。Vfire对应于DC电流流动路径310。示例曲线图510示出了电容器110(设置在第一结点122和第二结点124之间的耦合电容器)处的电流I(C1)的示例。示例曲线图520示出了第一激光器负载106处的第一电流I(D1)、第二激光器负载108处的第二电流I(D2)和第三电流I(D3)的示例，第三电流I(D3)是本文所描述的电驱动电路的净电流(例如，在第一激光器负载106和第二激光器负载108处)。
光学功率输出可以对应于电流，因此，I(D1)、I(D2)和I(D3)分别表示来自第一激光器负载106、第二激光器负载108以及第一激光器负载106和第二激光器负载108的共同输出的脉冲的光学功率输出。例如，本文所描述的电驱动电路的配置(例如，特定组件的存在，例如电感器或电容器等示例)导致电流提供创建方形形状脉冲的净电流。换句话说，如本文所描述，由第一激光器负载和第二激光器负载提供作为净光学脉冲的光学脉冲的形状对应于提供给第一激光器负载和第二激光器负载的净电流的形状。
如图5所示，在第一时间t0，第一控制电压420(Vcharge)可以处于配置的值(例如，5.0伏(V))，第二控制电压430(Vfire)可以归零(例如，0V)。在这种状态下，电感器112可以与电感器纹波电流流动路径410相关地进行充电。例如，在t0，第一开关118可以处于关断状态，并且第二开关120可以处于接通状态。在一些实施方式中，电压源102和116可以提供1V、4V、高达10V或高达30V的电压等示例。在一些实施方式中，第一电压源102可以具有4V的电压，第二电压源116可以具有9V的电压(在这种情况下，电容器110可以具有100至1500皮法(pF)范围内的电容值，电感器112可以具有0.5至5纳亨(nH)范围内的电感值)。电压电平可以至少部分地基于期望的峰值激光电流来配置，并且来自第一电压源102的第一电压的幅值与来自第二电压源116的第二电压的幅值之比可以被配置为实现与本文所描述的电驱动电路的设计相关的方形形状脉冲。
在第二时间t1，第一开关118可以处于接通状态，并且第二开关120可以处于关断状态。第一控制电压420(Vcharge)可以归零，第二控制电压430(Vfire)可以处于配置的值。在这种状态下，电感器112可以放电，并且电流可以与第一AC电流流动路径210、第二AC电流流动路径220的电流相关地流到地第一激光器负载106和第二激光器负载108。如示例曲线图510所示，电容器110处的电感器电流I(C1)为正，导致电感器放电电流正向偏置(例如，斜降)到第二激光器负载108(例如，其接收大部分电感器放电电流)。如示例曲线图520所示，在t1，第二激光器负载108中的电流I(D2)可以以快速上升时间(例如300ps)上升到最大值，而第一激光器负载106中的电流I(D1)处于最小值。
在t1和时间t2之间(当开关118/120相反并且控制电压420/430相反时)，第二激光器负载108中的电流I(D2)以相对慢的下降时间下降，并且第一激光器负载106中的电流I(D1)以相对慢的上升时间上升。如示例曲线图510所示，电容器110处的电感器电流I(C1)从正变为负，导致第一激光器负载106变得正向偏置并开始接收更多电流(例如，斜升)。与选择第一电压源和第二电压源的比率相关，这导致相对平坦的电流I(D3)，从而导致平坦的光学脉冲。
在t2，I(D1)以快速下降时间下降，导致平坦光学脉冲结束。基于t1处I(D2)的快速上升时间和t2处I(D1)的快速下降时间(以及第一电压源和第二电压源的比率)，平坦光学脉冲可以具有矩形形状。
在这种情况下，如图所示，本文所描述的电驱动电路实现了与其他类型的激光驱动器类似的方形形状光学脉冲，相对于其他类型的激光驱动器具有减少的电功率损耗。通过在激光器负载106和108处实现相对短的上升时间(比使用其他技术实现的上升时间更快)，本文所描述的电驱动电路使得能够以相对于其他技术减少的脉冲宽度实现脉冲峰值，这减少了功率消耗并使得能够实现更快的脉冲重复率以实现特定水平的分辨率。此外，除了实现相对短的上升时间(例如，小于100ps)，本文所描述的电驱动电路还可以实现相对高的调制频率(例如，高达200MHz的调制频率)。
如上所述，提供图5作为示例。其他示例可以与关于图5所描述的不同。
图6是与驱动光学负载以发射矩形形状光学脉冲相关联的示例过程600的流程图。在一些实施方式中，图6的一个或多个过程框可以由控制器(例如，连接到第一开关118或第二开关120的一个或多个控制器)来执行。例如，第一开关118和第二开关120可以连接到单个控制器(例如，利用反相器，使得单个控制器将第一开关118和第二开关120设置为相反的状态)。替代地，第一开关118可以连接到第一控制器，并且第二开关120可以连接到第二控制器。在这种情况下，第一控制器和第二控制器可以被同步以操作开关118/120和/或可以被偏移以解决信号延迟，从而实现配置的上升时间和下降时间。
如图6所示，过程600可以包含将电驱动电路的第一开关设置为关断状态，并将电驱动电路的第二开关设置为接通状态，以对电驱动电路的电感器充电(框610)。例如，如上所描述，控制器可以将电驱动电路的第一开关设置为关断状态，并将电驱动电路的第二开关设置为接通状态，以对电驱动电路的电感器充电。在一些实施方式中，单个控制器可以控制第一开关和第二开关两者。在这种情况下，单个控制器可以使得第一开关和第二开关大约同时(例如在大约数百皮秒内(小于1000皮秒、小于500皮秒或小于300皮秒等示例))改变各自的状态。附加地或替代地，多个控制器可以使得第一开关和第二开关改变状态。例如，第一控制器可以与第二控制器同步，以使得各自的开关大致同时改变状态。
如图6进一步所示，过程600可以包含将电驱动电路的第一开关设置为接通状态，并将电驱动电路的第二开关设置为关断状态，以将电流从电感器放电到第二光学负载中(框620)。例如，如上所描述，控制器可以将电驱动电路的第一开关设置为接通状态，将电驱动电路的第二开关设置为关断状态，以将电流从电感器放电到第二光学负载中。在一些实施方式中，电感器连接在第二电结和第二电压源之间，使得：第一交流电流流经第一辅助电容器、第一光学负载、耦合电容器、电感器和第二辅助电容器，且第二交流电流流经第二辅助电容器、电感器、耦合电容器、第二光学负载和第一开关。
过程600可以包含附加的实施方式，例如下面所描述的和/或与本文别处所描述的一个或多个其他过程相关的任何单个实施方式或实施方式的任何组合。
在第一实施方式中，第二光学负载与光学脉冲上升时间期间的负倾斜电流相关联，并且第一光学负载与光学脉冲上升时间期间的正倾斜电流相关联，使得第一光学负载和第二光学负载的输出是方波形。
在第二实施方式中，单独地或与第一实施方式结合，将电驱动电路的第一开关设置为关断状态，并将电驱动电路的第二开关设置为接通状态包含使电感器充电电流流经电压源、电感器和第二开关，其中该电压源和第二开关连接到公共地，并且其中第二辅助电容器连接到公共地并且与该电压源并联连接。
在第三实施方式中，单独地或与第一和第二实施方式中的一个或多个相结合，将电驱动电路的第一开关设置为接通状态，并将电驱动电路的第二开关设置为关断状态包含使直流电流流经另一电源、第一光学负载、第二光学负载和第一开关，其中该另一电源和第一开关连接到公共地，并且其中第一辅助电容器连接到公共地并且与该另一电源并联连接。
尽管图6示出了过程600的示例框，但是在一些实现方式中，过程600可以包含与图6所描绘的那些框相比，附加的框、更少的框、不同的框或不同排列的框。附加地或替代地，过程600的两个或更多个框可以并行执行。
前述公开提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。此外，本文所描述的任何实现都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式不能被组合的理由。
显而易见的是本文所描述的***和/或方法可以以不同形式的硬件、固件或硬件和软件的组合来实施。用于实施这些***和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码并不是这些实施方式的限制。因此，本文所描述的***和/或方法的操作和行为没有参考特定的软件代码——应当理解，可以基于本文的描述来设计软件和硬件以实施该***和/或方法。
如本文所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等的值。
即使特征的特定组合在权利要求中被列举和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体列举和/或说明书中没有具体公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接从属于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包含每个从属权利要求以及权利要求集中的每个其他权利要求的组合。如本文所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包含单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及多个相同项目的任意组合。
除非明确描述，否则本文所使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所使用，冠词“一”和“一个”旨在包含一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用，冠词“该/所述”旨在包含与冠词“该/所述”相关的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用，术语“集/组”旨在包含一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用。当只打算使用一个项目时，使用短语“仅一个”或类似的语言。此外，如本文所使用，术语“有”、“具有”、“带有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所使用，术语“或”在系列中使用时旨在包容性的，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。

Claims (20)

1.一种电驱动电路，包括：
第一光学负载端子，其接收第一光学负载的阳极；
结部分，其包含第一电结和第二光学负载端子，所述第一电结和第二光学负载端子接收所述第一光学负载的阴极和第二光学负载的阳极；
第三光学负载端子，其接收所述第二光学负载的阴极；
第一开关，其连接在所述第三光学负载端子和公共地之间；
耦合电容器，其连接在所述第一电结和第二电结之间；
第二开关，其从所述第二电结的第一分支连接并且连接在所述第二电结和所述公共地之间；以及
电感器，其从所述第二电结的第二分支连接并且连接在所述第二电结和所述公共地之间。
2.根据权利要求1所述的电驱动电路，还包括：
第一电压源，其连接在所述公共地和所述第一光学负载端子之间；以及
第二电压源，其在所述第二电结的第二分支上，所述第二电压源连接在所述电感器和所述公共地之间。
3.根据权利要求2所述的电驱动电路，其中直流电流路径包含所述第一电压源、所述第一光学负载端子、所述第一光学负载、所述第二光学负载端子、所述第二光学负载、所述第三光学负载端子和所述第一开关。
4.根据权利要求2所述的电驱动电路，还包括：
辅助电容器，其连接到所述公共地并与所述第一电压源并联连接。
5.根据权利要求2所述的电驱动电路，其中电感器充电电流路径包含所述第二电压源、所述电感器和所述第二开关。
6.根据权利要求2所述的电驱动电路，还包括：
辅助电容器，其在所述第二分支中，所述辅助电容器连接到所述公共地并与所述第二电压源并联连接。
7.根据权利要求1所述的电驱动电路，其中交流电流路径包含所述第一光学负载端子、所述第一光学负载、所述第二光学负载端子、所述耦合电容器和所述电感器。
8.根据权利要求1所述的电驱动电路，其中交流电流路径包含所述电感器、所述耦合电容器、所述第二光学负载端子、所述第二光学负载、所述第三光学负载端子和所述第一开关。
9.一种电驱动电路，包括：
第一光学负载端子，其用于接收第一光学负载的阳极；
第一电结点，其包含第二光学负载端子，所述第一电结点用于接收所述第一光学负载的阴极和用于接收第二光学负载的阳极；
第三光学负载端子，其用于接收所述第二光学负载的阴极；
第一电路径，其从公共地开始通过第一辅助电容器、所述第一光学负载端子、所述第一电结、耦合电容器、第二电结点、电感器、第二辅助电容器并回到所述公共地；
第二电路径，其从所述公共地开始通过所述第二辅助电容器、所述电感器、所述第二电结点、所述耦合电容器、所述第一电结点、所述第二光学负载、所述第三光学负载端子和第一开关并回到所述公共地；以及
第二开关，其连接在所述第二电结点和所述公共地之间。
10.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述电驱动电路被配置为实现所述第一光学负载中的第一上升时间和所述第二光学负载中的第二上升时间，并且
其中所述第一上升时间和所述第二上升时间至少部分基于对所述第一开关和所述第二开关的控制。
11.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述第一光学负载与第一光学功率相关联，并且所述第二光学负载与近似等于所述第一光学功率的第二光学功率相关联。
12.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述第一光学负载与第一数量的发射器相关联，并且所述第二光学负载与在数量上近似等于所述第一数量的发射器的第二数量的发射器相关联。
13.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述第二开关在闭合时对所述电感器充电。
14.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述第二开关在断开时通过所述耦合电容器向所述第二光学负载提供电感器电流。
15.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述第一光学负载和所述第二光学负载被驱动以输出具有方波形状的光学脉冲。
16.根据权利要求9所述的电驱动电路，其中所述第一电路径是第一交流电流电路径，并且所述第二电路径是第二交流电流电路径。
17.一种方法，包括：
由控制器将电驱动电路的第一开关设置为关断状态，并将所述电驱动电路的第二开关设置为接通状态，以对所述电驱动电路的电感器充电；以及
由所述控制器将所述电驱动电路的所述第一开关设置为接通状态，并将所述电驱动电路的所述第二开关设置为关断状态，以将电流从所述电感器放电到第二光学负载中，
其中所述电感器连接在电结和电压源之间，使得：
第一交流电流流经第一辅助电容器、第一光学负载、耦合电容器、所述电感器和第二辅助电容器，以及
第二交流电流流经所述第二辅助电容器、所述电感器、所述耦合电容器、所述第二光学负载和所述第一开关。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二光学负载与光学脉冲上升时间期间的负倾斜电流相关联，并且所述第一光学负载与所述光学脉冲上升时间期间的正倾斜电流相关联，使得所述第一光学负载和所述第二光学负载的输出是方波形。
19.根据权利要求17所述的方法，其中将所述电驱动电路的所述第一开关设置为关断状态，并将所述电驱动电路的所述第二开关设置为接通状态包括：
使得电感器充电电流流经所述电压源、所述电感器和所述第二开关，
其中所述电压源和所述第二开关连接到公共地，并且
其中所述第二辅助电容器连接到所述公共地并且与所述电压源并联连接。
20.根据权利要求17所述的方法，其中将所述电驱动电路的所述第一开关设置为接通状态，并将所述电驱动电路的所述第二开关设置为关断状态包括：
使得直流电流流经另一电源、所述第一光学负载、所述第二光学负载和所述第一开关，
其中所述另一电源和所述第一开关连接到公共地，并且
其中所述第一辅助电容器连接到所述公共地并且与所述另一电源并联连接。
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