DE112021005993T5

DE112021005993T5 - Lichtemittierende vorrichtung

Info

Publication number: DE112021005993T5
Application number: DE112021005993.9T
Authority: DE
Inventors: Michael Bönigk
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2023-08-31
Also published as: CN116457686A; US20230417881A1; DE102020130181A1; WO2022100929A1

Abstract

Eine lichtemittierende Vorrichtung (200) weist auf: eine Lichtquelle (202); ein Umschaltelement (204, 300), das eine Eingabekapazität aufweist und konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle (202) in Übereinstimmung mit einem Laden der Eingabekapazität zu steuern; ein Spannungssteuerungselement (208, 500), das mit dem Umschaltelement (204, 300) und mit einem Spannungsversorgungsknoten (212) gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) eine zweite Kapazität aufweist, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) und das Umschaltelement (204, 300) einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement (210, 400), das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten (212) größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements (204, 300) bereitzustellen, wobei eine Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.

Description

Verschiedene Aspekte beziehen sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung und verschiedene Aspekte beziehen sich auf ein LIDAR („Lichtdetektion und Abstandmessung“ (Light Detection and Ranging)) System, das eine lichtemittierende Vorrichtung aufweist.
Lichtdetektion und Abstandmessung ist eine Erfassungstechnik, die zum Beispiel in dem Gebiet von autonomem Fahren verwendet wird, um detaillierte Informationen über die Umgebung eines automatisierten oder teilweise automatisierten Fahrzeugs bereitzustellen. LIDAR-Licht wird verwendet, um eine Szene abzutasten und die Eigenschaften (z.B. den Standort, die Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung und dergleichen) der darin vorhandenen Objekte zu ermitteln. In einem LIDAR-System kann die Abtastung der Szene mit Schmallichtpulsen umgesetzt werden, die steil ansteigende Flanken aufweisen, zum Beispiel mit Schmallaserpulsen (z.B. mit sinusähnlichen Halbwellenlaserpulsen, die eine Pulsweite von etwa 10 ns aufweisen).
Unterschiedliche Aspekte beziehen sich auf eine einfache und kosteneffiziente Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung für die Erzeugung von Schmallichtpulsen. Unterschiedliche Aspekte beziehen sich auf eine Treiberanordnung, die schnelles Antreiben einer Lichtquelle ermöglicht, ohne auf aufwändige und/oder teure Treiberschaltungen angewiesen zu sein. Die Treiberanordnung kann ein Umschaltelement aufweisen, das einen Stromfluss zu der Lichtquelle steuert, indem zwischen einem leitenden Zustand und einem nichtleitenden Zustand umgeschaltet wird, abhängig von der Ladung einer Eingabekapazität des Umschaltelements. Die Treiberanordnung kann angepasst sein, schnelles Laden der Eingabekapazität bereitzustellen, um schnelles Steuern über den Stromfluss zu ermöglichen, z.B. schnelle Abgabe eines aktuellen Pulses an die Lichtquelle. In manchen Aspekten kann die Treiberanordnung so angepasst sein, dass das Umschaltelement eine hohe Stromstärke (veranschaulichend eine hohe Ladungsmenge) zum Laden der Eingabekapazität empfangen kann, ohne das Umschaltelement zu beschädigen. In manchen Aspekten kann die Treiberanordnung angepasst sein, mit einer größeren Treiberspannung als einer maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements zu arbeiten. Die Treiberanordnung kann so konfiguriert sein, dass die (hohe) Treiberspannung schnelles Laden der Eingabekapazität des Umschaltelements (veranschaulichend, schnelles Umschalten des Stromflusses) bereitstellt, ohne das Umschaltelement zu beschädigen oder eine Fehlfunktion davon zu verursachen. Veranschaulichend kann die Treiberanordnung ermöglichen, Schmalstrompulse an die Lichtquelle bereitzustellen, um Schmallichtpulse zu emittieren. In manchen Aspekten kann die Treiberanordnung konfiguriert sein, eine rasche Entladung eines Ladungsspeicherelements zum Antreiben der Lichtquelle zu ermöglichen.
In unterschiedlichen Aspekten kann eine lichtemittierende Vorrichtung aufweisen: eine Lichtquelle; ein Umschaltelement, das eine damit verknüpfte Eingabekapazität aufweist, wobei das Umschaltelement konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Laden der Eingabekapazität zu steuern; ein Spannungssteuerungselement, das mit dem Umschaltelement und mit einem Spannungsversorgungsknoten gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement eine zweite damit verknüpfte Kapazität aufweist, wobei das Spannungssteuerungselement und eine Eingabe des Umschaltelements miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass das Spannungssteuerungselement und die Eingabe des Umschaltelements einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement, das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist und wobei eine Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
In unterschiedlichen Aspekten kann eine lichtemittierende Vorrichtung aufweisen: eine Lichtquelle; ein Umschaltelement, das einen Eingabeknoten aufweist, wobei das Umschaltelement konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle in Übereinstimmung mit einer Eingabespannung zu steuern, die bei dem Eingabeknoten bereitgestellt ist; ein Spannungssteuerungselement, das mit einem Spannungsversorgungsknoten und mit dem Eingabeknoten gekoppelt ist; und ein Treiberelement, das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist, wobei das Spannungssteuerungselement und der Eingabeknoten miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass ein erster Abschnitt der Treiberspannung bei dem Eingabeknoten als Eingabespannung bereitgestellt ist und ein zweiter Abschnitt der Treiberspannung über das Spannungssteuerungselement abfällt, wobei eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
In unterschiedlichen Aspekten kann eine lichtemittierende Vorrichtung aufweisen: eine Lichtquelle; einen Halbleitertransistor, der eine damit verknüpfte Gate-Kapazität aufweist, wobei der Halbleitertransistor konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Ladender Gate-Kapazität zu steuern; ein passives Netzwerk, das mit dem Halbleitertransistor und mit einem Spannungsversorgungsknoten gekoppelt ist, wobei das passive Netzwerk und der Halbleitertransistor miteinander gekoppelt sind um einen kapazitiven Spannungsteiler zu bilden, wobei das passive Netzwerk einen Kondensator aufweist, der eine zweite Kapazität aufweist; und einen Hochseitentreiber, der konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Gate-Quellenspannung des Halbleitertransistors ist und wobei eine Beziehung zwischen der Gate-Kapazität und der zweiten Kapazität in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Gate-Quellenspannung ist.
In unterschiedlichen Aspekten kann eine Treiberanordnung zum Antreiben einer Lichtquelle aufweisen: ein Umschaltelement, das einen zweiten Steuerungsknoten, einen dritten Steuerungsknoten und einen ersten Steuerungsknoten, um ein elektrisches Verhalten des zweiten Steuerungsknotens und des dritten Steuerungsknotens zu steuern, aufweist; ein Spannungsteuerungselement, das mit einem Spannungsversorgungsknoten und mit dem Umschaltelement bei dem ersten Steuerungsknoten gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement und das Umschaltelement auf solche Weise miteinander gekoppelt sind, dass das Spannungssteuerungselement und das Umschaltelement einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement, das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist und wobei eine Beziehung zwischen einer Kapazität, die mit dem Spannungssteuerungselement verknüpft ist, und einer Kapazität, die mit dem Umschaltelement verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
Unterschiedliche Aspekte können sich auf ein LIDAR-System beziehen, das die hierin beschriebene lichtemittierende Vorrichtung aufweist. Die Emission von Schmallichtpulsen, die von der lichtemittierenden Vorrichtung ermöglicht wird, kann erlauben, die Detektionsweite des LIDAR-Systems zu erhöhen. Das LIDAR-System kann Teil zum Beispiel von einem Fahrzeug oder einem intelligenten Landwirtschafts- oder eines Innenüberwachungssystems sein.
In den Zeichnungen beziehen sich ähnliche Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile über die verschiedenen Ansichten hinweg. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei im Allgemeinen darauf Augenmerk gelegt wird, die hierin offenbarten Prinzipien zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung sind unterschiedliche hierin offenbarte Aspekte in Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1A schematisch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
1B schematisch einen Treiberpuls für einen Halbleitertransistor gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
1C schematisch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
1D schematisch einen Treiberpuls für einen Halbleitertransistor gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
1E schematisch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
1F und 1G jeweils schematisch einen Treiberpuls für einen Halbleitertransistor gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigen;
2 schematisch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
3 schematisch ein Umschaltelement gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
4 schematisch ein Treiberelement gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigt;
5A, 5B und 5C jeweils schematisch ein Spannungssteuerungselement gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigen;
6A und 6B jeweils schematisch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigen; und
7A und 7B jeweils schematisch einen Treiberpuls für einen Halbleitertransistor gemäß unterschiedlichen Aspekten zeigen.

Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die mittels Veranschaulichung zeigen, dass spezifische hierin offenbarte Details und Aspekte umgesetzt werden können. Diese Aspekte sind in ausreichendem Detail beschrieben, um Fachkundigen zu ermöglichen, die offenbarten Implementierungen umzusetzen. Andere Aspekte können genutzt werden und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der offenbarten Implementierungen abzuweichen. Die unterschiedlichen Aspekte sind nicht unbedingt wechselseitig ausschließend, da manche Aspekte mit einem oder mehreren anderen Aspekten kombiniert werden können, um neue Aspekte zu bilden. Unterschiedliche Aspekte sind in Verbindung mit Verfahren beschrieben und unterschiedliche Aspekte sind in Verbindung mit Vorrichtungen (z.B. einer lichtemittierenden Vorrichtung oder einer Umschaltanordnung) beschrieben. Jedoch wird verstanden, dass in Verbindung mit Verfahren beschriebene Aspekte ähnlich auf die Vorrichtungen angewendet werden können und umgekehrt.
Der Ausdruck „gekoppelt“ kann hierin in Bezug auf Knoten, Anschlüsse, integrierte Schaltungselemente und dergleichen verwendet werden, um elektrisch gekoppelt zu meinen, was eine direkte Kopplung oder eine indirekte Kopplung aufweisen kann, wobei eine indirekte Kopplung nur zusätzliche Strukturen in dem Strompfad aufweisen kann, die die wesentliche Funktionsweise der beschriebenen Schaltung oder Vorrichtung nicht beeinflussen.
In einem LIDAR-System können Laserpulse erzeugt werden, indem ein entsprechender gepulster Strom (z.B. ein sinusähnlicher Halbwellenstrompuls mit einer Spitzenamplitude von 160 A) durch eine oder mehrere Laserdioden getrieben wird. Jedoch stellt die Erzeugung von Schmallaserpulsen unterschiedliche Herausforderungen dar, wie im weiteren Detail unten in Bezug auf 1A bis 1G beschrieben.
1A, 1C und 1E zeigen jeweils schematisch eine jeweilige lichtemittierende Vorrichtung 100a, 100b, 100c zur Verwendung in einem LIDAR-System. Jede lichtemittierende Vorrichtung 100a, 100b, 100c kann eine oder mehrere Laserdioden 102, z.B. vier Laserdioden 102-1 (D1), 102-2 (D2), 102-3 (D3), 102-4 (D4) in den in 1A, 1C und 1E gezeigten beispielhaften Konfigurationen, aufweisen. Die Laserdioden 102 können konfiguriert sein, Laserpulse bei Empfang eines Stroms (nur als ein numerisches Beispiel, ein Strom von 40 A für jede Laserdiode 102) zu emittieren, der von dem Entladen eines Kondensators 104 (Cl) bereitgestellt wird. Das Entladen des Kondensators 104 kann als ein Beispiel einen sinusähnlichen Halbwellenstrompuls bereitstellen. Ein von einer Laserdiode 102 erzeugter Laserpuls kann proportional zu dem gepulsten Strom sein. Die Mindestweite wie auch die Maximalpulshöhe sind von den Eigenschaften der Laserdioden 102 des Kondensators 104, wie auch von den begrenzenden Eigenschaften (z.B. der Impedanz) des Schaltungslayouts definiert. Als ein numerisches Beispiel kann ein von einer Laserdiode 102 emittierter Laserpuls eine Pulsweite von 10 ns aufweisen.
Der Stromfluss zu der einen oder den mehreren Laserdioden 102, der vom Entladen des Kondensators 104 bereitgestellt wird, kann mittels eines oder mehrerer Halbleiterschalter 106, z.B. einem oder mehreren Halbleitertransistoren 106, gesteuert werden. Ein Halbleitertransistor kann im Stande sein, der hohen Stromintensität der Strompulse zu widerstehen, die an die Laserdioden 102 bereitgestellt werden. Mittels Beispiels können der eine oder die mehreren Halbleitertransistoren 106 einen oder mehrere spannungsgesteuerte Halbleitertransistoren aufweisen, wie einen oder mehrere Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET, Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) oder einen oder mehrere Galliumnitrid-Feldeffekttransistoren (GaN-FET, Gallium Nitride Field-Effect Transistor). Aufgrund des hohen umzuschaltenden Stroms und aufgrund des verknüpften großen Halbleiterbereichs, kann ein Halbleitertransistor eine hohe Eingabekapazität (z.B. eine hohe Gate-Kapazität) aufweisen. In manchen Szenarien kann eine Vielzahl von Halbleitertransistoren parallel miteinander gekoppelt sein, was in einer noch größeren Eingabekapazität resultiert. Ein Puls (z.B. ein Spannungspuls), der einen Halbleitertransistor steuert, kann ein Laden der Eingabekapazität bereitstellen, um den Stromfluss der Laserdioden 102 zu steuern.
Der eine oder die mehreren Halbleitertransistoren 106 können mittels einer oder mehreren Treiberschaltungen 108 gesteuert werden, z.B. einem oder mehreren Hochseitentreibern 108. Eine Treiberschaltung kann mit einer entsprechenden Stromlast versorgt werden, um den/die verknüpften Halbleiertransistor(en) zu steuern, z.B. um das Gate des/der verknüpften Halbleitertransistor(en) zu steuern. Ein schnelles Laden der Gate-Kapazität kann von einem hohen Strom bereitgestellt werden. Nachdem die Gate-Kapazität geladen wurde, wird der Stromfluss in der Laserdiode bereitgestellt, indem die entsprechende Spannung bei dem Gate des/der Halbleitertransistor(en) aufrechterhalten wird.
Der Detektionsbereich eines LIDAR-Systems kann von der Maximalhöhe der Laserpulse abhängig sein, die von den Laserdioden 102 emittiert werden. Da die Maximalenergie von einem Laserpuls durch Standardvoraussetzungen bezüglich Augenschutz begrenzt sein kann, sind schmalere Laserpulse, die eine größere Amplitude aufweisen, bereitzustellen, falls der Bereich des LIDAR-systems zu erhöhen ist. In Anbetracht dessen sind die Anforderungen an die Treiberschaltungen 108 zum Erzeugen eines schnell ansteigenden kurzen Strompulses aktuell Gegenstand konstant steigender Voraussetzungen. Veranschaulichend sollte der Anstieg der Steuerungsspannung für einen Halbleiterschalter (z.B. der Zunahme der Gate-Spannung für einen MOS-FET oder einen GaN-FET) erheblich steiler als der zu steuernde Strompuls sein, da ansonsten der Stromanstieg des zu steuernden Pulses begrenzt ist und die maximal mögliche Arbeitsleistung der Schaltung nicht erzielt werden kann.
Unterschiedliche Konfigurationen für eine lichtemittierende Vorrichtung 100a, 100b, 100c können möglich sein, wie unten in weiterem Detail beschrieben wird.
Wie zum Beispiel in 1A gezeigt, kann eine lichtemittierende Vorrichtung 100a einen jeweiligen Halbleitertransistor 106 (z.B. einen jeweiligen GaN-FET) für jede Laserdiode 102 und einen jeweiligen Hochseitentreiber 108 für jeden Halbleitertransistor 106 aufweisen. In der beispielhaften in 1A gezeigten Konfiguration kann die lichtemittierende Vorrichtung 100a erste bis vierte Halbleitertransistoren 106-1, 106-2, 106-3, 106-4 (U1, U2, U3, U4) aufweisen, wobei jeder mit einem jeweiligen ersten bis vierten Hochseitentreiber 108-1, 108-2, 108-3, 108-4 (HSD1, HSD2, HSD3, HSD4) verknüpft ist.
Die Konfiguration in 1A erlaubt, den an die Laserdioden 102 bereitgestellten Strom über die (vier) Halbleitertransistoren 106 zu teilen, die eine reduzierte Eingabekapazität aufweisen. Jeder Hochseitentreiber 108 kann die relativ niedrige Eingabekapazität des jeweiligen Halbleitertransistors 106 sehen und schnelles Laden der Eingabekapazitäten kann bereitgestellt werden. Jedoch kann es ein Jitter (z.B. in der Spanne von 10 ns bis 20 ns) unter den Hochseitentreibern 108 und daher ein uneinheitliches Umschalten der Halbleitertransistoren 106 geben. Die von den Laserdioden 102 emittierten Laserpulse können daher nicht überlagert sein, was zu einem breiteren Gesamtpuls mit begrenzter Höhe führt. Darüber hinaus kann die in 1A gezeigte Konfiguration zu erhöhten Kosten aufgrund des komplizierten Layouts und der Verwendung mehrerer Hochseitentreiber 108 führen.
1B weist einen Graphen 120 auf, der einen Treiberspannungspuls 122 (z.B. einen Gate-Steuerungsspannungspuls) zeigt, der von einem Hochseitentreiber 108 bei dem jeweiligen Halbleitertransistor 106 in der Konfiguration der in 1A veranschaulichten lichtemittierenden Vorrichtung 100a bereitgestellt sein kann. Als ein numerisches Beispiel kann der Treiberspannungspuls 122 eine Anstiegszeit von etwa 6 ns aufweisen.
Ein Arbeitsleistungsverlust in der in 1A gezeigten lichtemittierenden Vorrichtung 100a kann aufgrund des Vorhandenseins von Jitter unter den Hochseitentreibern 108 sein. Ein Jitter in der Spanne von etwa 10 ns bis etwa 20 ns, das in einem gewöhnlichen Hochseitentreiber vorhanden sein kann, ist größer als die zu erzielende Pulsweite.
In einer anderen Konfiguration, die zum Beispiel in 1C gezeigt ist, kann eine lichtemittierende Vorrichtung 100b einen individuellen Hochseitentreiber 108-1 aufweisen, um mehr als einen, z.B. jeden, Halbleitertransistor 106 (z.B. die vier Halbleitertransistoren 106-1, 106-2, 106-3, 106-4 in der beispielhaften Konfiguration von 1C) zu steuern. Die Verwendung eines individuellen Hochseitentreibers beugt dem Problem vor, das von dem zuvor beschriebenen Jitter verursacht wird. Jedoch addieren sich die Eingabekapazitäten der Halbleitertransistoren 106 derart auf, dass der Anstieg der Steuerungsspannung (z.B. der Gate-Spannung) verglichen zu der Konfiguration der in 1A gezeigten lichtemittierenden Vorrichtung 100a verlangsamt wird.
1D weist einen Graphen 124 auf, der einen Treiberspannungspuls 126 zeigt, der von dem Hochseitentreiber 108-1 bei den (vier) Halbleitertransistoren 106 in der in 1C veranschaulichten lichtemittierenden Vorrichtung 100b bereitgestellt sein kann. Als ein numerisches Beispiel kann der Treiberspannungspuls 126 eine Anstiegszeit von etwa 17 ns aufweisen, die größer als die in Bezug zu 1B beschriebene Anstiegszeit sein kann, aufgrund der erhöhten Eingabekapazität, die von dem Hochseitentreiber 108-1 in Bezug auf die in 1A gezeigte Konfiguration gesehen wird.
In einer anderen Konfiguration, die zum Beispiel in 1E gezeigt ist, kann eine lichtemittierende Vorrichtung 100c einen individuellen Hochseitentreiber 108-1 aufweisen, um einen individuellen Halbleitertransistor 106-1 zu steuern, der den aktuellen Fluss zu mehr als einer Laserdiode 102 steuert (z.B. zu vier Laserdioden 102-1, 102-2, 102-3, 102-4 in der beispielhaften Konfiguration von 1E). Die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100c kann verglichen mit den in 1A und 1C gezeigten lichtemittierenden Vorrichtung 100a, 100b ein vereinfachtes Layout aufweisen und die Verwendung eines individuellen Hochseitentreibers beugt dem Problem vor, das von dem zuvor beschriebenen Jitter verursacht wird. Jedoch weist der Halbleitertransistor 106 eine erhöhte Eingabekapazität zum Antreiben der (vier) Laserdioden 102 auf, was zu einem langsamen Anstieg der Steuerungsspannung führt.
1F und 1G weisen einen jeweiligen Graphen 128, 132 auf, die einen Treiberspannungspuls 130, 134 zeigen, der von zwei verschiedenen Typen von Hochseitentreiber bereitgestellt sein kann, die die in 1E veranschaulichte lichtemittierende Vorrichtung 100c aufweisen können. In beiden Fällen kann der Treiberspannungspuls einen relativ langsamen Anstieg aufweisen, z.B. als numerische Beispiele kann der Treiberspannungspuls 130 in 1F eine Anstiegszeit von etwa 15 ns aufweisen und der Treiberspannungspuls 134 in 1G kann eine Anstiegszeit von etwa 12 ns aufweisen.
Ein Arbeitsleistungsverlust in den in 1C und 1E gezeigten lichtemittierenden Vorrichtungen 100b, 100c kann aufgrund des langsamen Anstiegs der Treiberspannungspulse sein. Veranschaulichende kann die Anstiegszeit größer als die zu erzielende Pulsweite sein.
Ein erschwerender Faktor für die technische Implementierung einer geeigneten Gate-Steuerung ist, dass es für gewöhnlich keine Massereferenz der Gate-Steuerungsspannung gibt. Aufgrund von Schaltungsgründen erlauben Hochseitentreiber signifikant kürzere Anstiegszeiten der Gate-Spannung, verglichen mit zum Beispiel Unterseitentreibern. Jedoch kann es schwierig sein, einen Hochseitentreiber, der eine Steuerungsspannung mit einer Anstiegszeit von etwa 5 ns bis 10 ns bereitstellt, um Hochspannungskapazitäten anzutreiben, zu implementieren oder jedenfalls sehr teuer sein. Darüber hinaus wird eine Spannung, die die maximale Gate-Spannung eines GaN-FET (z.B. etwa 6 V) übersteigt, für gewöhnlich bereitgestellt, um hohe Gate-Ladeströme anzutreiben. Daher besteht aktuell ein „Flaschenhals“ im Hinblick auf die verfügbaren Treiberschaltungen.
Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung können sich darauf beziehen, eine verbesserte Strategie zum Antreiben einer Lichtquelle, um Schmallichtpulse zu erzeugen, bereitzustellen. Unterschiedliche Aspekte können sich auf eine Treiberanordnung beziehen, die es ermöglicht, eine Hochtreiberspannung (z.B. höher als die Spannung, der ein Halbleitertransistor widerstehen kann) zu verwenden, um schnelles Laden einer Eingabekapazität bereitzustellen. Unterschiedliche Aspekte können sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung beziehen, die konfiguriert ist, Schmallichtpulse zu erzeugen, ohne auf aufwändige oder teure Treiberschaltungen angewiesen zu sein, wie unten zum Beispiel in Bezug auf 2 bis 7B in weiterem Detail beschrieben wird.
In dem Kontext der vorliegenden Offenbarung kann Bezug auf ein LIDAR-System genommen werden. Es wird jedoch verstanden, dass ein LIDAR-System nur ein Beispiel einer möglichen Anwendung der hierin beschriebenen lichtemittierenden Vorrichtung und der Treiberanordnung ist. Die lichtemittierende Vorrichtung und die Treiberanordnung können auch in anderen Typen von Anwendungen oder Systemen verwendet werden, in denen schnelle Steuerung über die Leistung (z.B. einen Strom) an eine Lichtquelle bereitzustellen vorteilhaft sein kann, z.B. in anderen Anwendungen oder Systemen, in denen Schmallichtpulse erzeugt werden sollten, zum Beispiel in Kommunikationssystemen, die konfiguriert sind, Daten mittels lichtbasierter Kommunikation zu übertragen.
2 zeigt eine lichtemittierende Vorrichtung 200 in einer schematischen Ansicht gemäß unterschiedlichen Aspekten, es wird verstanden, dass die in 2 gezeigte Konfiguration zum Zweck der Erklärung vereinfacht sein kann. In manchen Aspekten kann ein LIDAR-System eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen 200 aufweisen.
Die lichtemittierende Vorrichtung 200 kann eine Lichtquelle 202 aufweisen. Die Lichtquelle 202 kann konfiguriert sein, Licht zu emittieren, das eine vordefinierte Wellenlänge aufweist, zum Beispiel in der infraroten und/oder naheinfraroten Spanne, wie in der Spanne von etwa 700 nm bis etwa 5000 nm, zum Beispiel in der Spanne von etwa 860 nm bis etwa 1600 nm oder zum Beispiel bei 905 nm oder 1550 nm. Die Lichtquelle 202 kann konfiguriert sein, Licht auf eine gepulste Weise zu emittieren, zum Beispiel kann die Lichtquelle 202 konfiguriert sein, einen oder mehrere Lichtpulse (z.B. eine Sequenz von Lichtpulsen) zu emittieren. In manchen Aspekten kann die Lichtquelle 202 konfiguriert sein, einen Lichtpuls bei Empfang eines entsprechenden Treiberstroms (z.B. einem entsprechenden Strompuls) zu emittieren. In manchen Aspekten kann die Lichtquelle 202 eine lichtemittierende Diode aufweisen. In manchen Aspekten kann die Lichtquelle 202 mehrere Lichtquellen aufweisen, z.B. mehrere lichtemittierende Dioden, zum Beispiel parallel miteinander gekoppelt (siehe auch 6A und 6B).
In manchen Aspekten kann die Lichtquelle 202 eine Laserquelle aufweisen. Mittels Beispiels kann die Lichtquelle 202 eine oder mehrere Laserdioden aufweisen, z.B. eine oder mehrere randemittierende Laserdioden oder eine oder mehrere vertikale hohlraumoberflächenemittierende Laserdioden. In manchen Aspekten kann die Lichtquelle 202 mehrere Laserdioden aufweisen, zum Beispiel parallel miteinander gekoppelt (siehe auch 6A und 6B). Die Lichtquelle 202 kann konfiguriert sein, einen oder mehrere Laserpulse zu emittieren, z.B. eine Abfolge von Laserpulsen. In manchen Aspekten kann die Lichtquelle 202 konfiguriert sein, einen Laserpuls bei Empfang eines entsprechenden Treiberstroms (z.B. ein entsprechender Strompuls) zu emittieren.
Die lichtemittierende Vorrichtung 200 kann ein Umschaltelement 204 (z.B. Als Teil einer Treiberanordnung 220) aufweisen, das konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu steuern. Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, einen Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu erlauben oder zu verhindern (z.B. um einen Strompuls zu erlauben oder zu hindern, bei der Lichtquelle 202 bereitgestellt zu werden), um dementsprechend Lichtemission durch die Lichtquelle 202 zu erlauben oder zu verhindern. In manchen Aspekten, zum Beispiel im Fall, dass die Lichtquelle 202 mehrere Lichtquellen aufweist (z.B. mehrere parallel gekoppelte Laserdioden), kann das Umschaltelement 204 konfiguriert sein, einen Stromfluss zu jeder Lichtquelle der mehreren Lichtquellen zu steuern. Veranschaulichend kann das Umschaltelement 204 mit einem Knoten gekoppelt sein, der jeder Lichtquelle gemein ist, um einen Stromfluss zu den mehreren Lichtquellen zu erlauben oder zu verhindern.
In manchen Aspekten kann das Umschaltelement 204 mehrere Umschaltelemente aufweisen. Als ein Beispiel können mehr als ein Umschaltelement einer Lichtquelle zugewiesen sein, z.B. im Fall, dass ein hoher Strom der Lichtquelle bereitzustellen ist. Veranschaulichend können mehrere Umschaltelemente mit einer individuellen Lichtquelle gekoppelt sein, um den Stromfluss zu dieser zu steuern. Als ein Beispiel kann jedes Umschaltelement 204 mehrerer Umschaltelemente einer jeweiligen Lichtquelle mehrerer Lichtquellen zugewiesen (z.B. gekoppelt) sein, um den Stromfluss zu dieser zu steuern. Jedes Umschaltelement 204 mehrerer Umschaltelemente kann jeweiligen einer oder mehrerer Lichtquellen zugewiesen sein, um den Stromfluss zu dieser bzw. diesen zu steuern.
In manchen Aspekten kann das Umschaltelement 204 einen oder mehrere Steuerungsknoten aufweisen (siehe auch 3). Das Umschaltelement 204 kann einen zweiten Steuerungsknoten 206-2, einen dritten Steuerungsknoten 206-3 und einen ersten Steuerungsknoten 206-1 (hierin auch als Eingabeknoten oder Eingabe bezeichnet), um ein elektrisches Verhalten des zweiten Steuerungsknotens 206-2 und des dritten Steuerungsknotens 206-3 des Umschaltelements 204 zu steuern (z.B. um einen Stromfluss zwischen dem zweiten Steuerungsknoten 206-2 und dem dritten Steuerungsknoten 206-3 zu steuern) aufweisen. Die Lichtquelle 202 und das Umschaltelement 204 können miteinander gekoppelt sein, z.B. bei einem des zweiten Steuerungsknotens 206-2 oder des dritten Steuerungsknotens 206-3 (zum Beispiel bei dem dritten Steuerungsknoten 206-3 in der in 2 gezeigten Konfiguration).
Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, einen Stromfluss an die Lichtquelle 202 in Übereinstimmung mit einem Steuerungssignal zu steuern, das bei dem Eingabeknoten 206-1 bereitgestellt wird, z.B. in Übereinstimmung mit einer Eingabespannung, die bei dem Eingabeknoten 206-1 bereitgestellt wird. Ein erlaubter Stromfluss zwischen dem zweiten Steuerungsknoten 206-2 und dem dritten Steuerungsknoten 206-3 kann für entsprechend zunehmende Eingabespannung zunehmen. Veranschaulichend kann das Umschaltelement 204 konfiguriert sein, einen Strom bei einem des zweiten Steuerungsknotens 206-2 oder des dritten Steuerungsknotens 206-3 zu empfangen und den empfangenen Strom bei dem anderen des zweiten Steuerungsknotens 206-2 oder des dritten Steuerungsknotens 206-3 in Übereinstimmung mit einem Steuerungssignal, das bei dem ersten Steuerungsknoten 206-1 bereitgestellt wird, bereitzustellen.
Das Umschaltelement 204 kann in einem ersten Zustand konfiguriert sein, um einen Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu verhindern, z.B. um einen Stromfluss zwischen dem zweiten Steuerungsknoten 206-2 und dem dritten Steuerungsknoten 206-3 zu verhindern. Das Umschaltelement 204 kann in einem zweiten Zustand konfiguriert sein, um einen Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu erlauben, z.B. um einen Stromfluss zwischen dem zweiten Steuerungsknoten 206-2 und dem dritten Steuerungsknoten 206-3 zu erlauben. Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand (oder umgekehrt) in Übereinstimmung mit einem Steuerungssignal das bei dem Eingabeknoten 206-1 bereitgestellt ist, umzuschalten (in manchen Aspekten in Übereinstimmung mit einer Eingabespannung, die bei dem Eingabeknoten 206-1 bereitgestellt ist) .
Die Eigenschaften des Steuerungssignals, z.B. die Anstiegszeit der Eingabespannung, können den Zeitablauf des Umschaltens von Verhindern des Stromflusses bis Zulassen des Stromflusses definieren. Veranschaulichend kann eine Zeit, die es benötigt, dass die Eingabespannung von einem Referenzspannungslevel (z.B. Masse oder 0 V) auf ein Spannungslevel, das zum Antreiben des Umschaltelements 204 geeignet ist, um dem Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu erlauben, die Geschwindigkeit definieren, mit der der Strom bei der Lichtquelle 202 bereitgestellt wird (und folglich die Dauer eines emittierten Lichtpulses).
In manchen Aspekten kann das Umschaltelement 204 eine verknüpfte Eingabekapazität aufweisen (z.B. eine erste Kapazität C₁, auch als Eingabekapazität bezeichnet, wie in dem Schaltungsäquivalent in 2 gezeigt). Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, den Stromfluss zu der Lichtquelle 202 in Übereinstimmung mit einem Laden der Eingabekapazität C₁ zu steuern. Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, einen Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu verhindern, falls die Eingabekapazität C₁ nicht geladen ist, und kann konfiguriert sein, einen Stromfluss zu der Lichtquelle 202 nach Laden der Eingabekapazität C₁ zu erlauben. Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand (oder umgekehrt) in Übereinstimmung mit dem Laden der Eingabekapazität umzuschalten. Der Zeitpunkt, zu dem die Eingabekapazität C₁ geladen wird, kann den Zeitpunkt bestimmen, zu dem der Strom der Lichtquelle 202 bereitgestellt wird, und kann die Eigenschaften des emittierten Lichts (z.B. eines emittierten Lichtpulses) beeinflussen.
Die Eingabekapazität C₁ kann mit einer strukturellen Konfiguration des Umschaltelements 204 verknüpft sein, wie unten zum Beispiel in Bezug auf 3 in weiterem Detail beschrieben. Das Laden der Eingabekapazität C₁ kann durch das Steuerungssignal bereitgestellt werden, das bei dem Eingabeknoten 206-1 des Umschaltelements bereitgestellt wird, wie unten in weiterem Detail beschrieben wird. In manchen Aspekten kann die Eingabekapazität C₁ als eine Kapazität verstanden werden, die mit dem Eingabeknoten 206-1 des Umschaltelements 204 verknüpft ist.
In manchen Aspekten kann die lichtemittierende Vorrichtung 200 ein Stromerzeugungselement 208 aufweisen, das konfiguriert ist, einen Strom an die Lichtquelle 202 bereitzustellen. Das Stromerzeugungselement 208 kann konfiguriert sein, einen oder mehrere Strompulse zu erzeugen, die bei der Lichtquelle 202 bereitzustellen sind. Das Stromerzeugungselement 208 und das Umschaltelement 204 können miteinander gekoppelt sein, z.B. bei dem anderen des zweiten Steuerungsknotens 206-2 oder des dritten Steuerungsknotens 206-3 in Bezug auf die Lichtquelle 202 (zum Beispiel bei dem zweiten Steuerungsknoten 206-2 in der in 2 gezeigten Konfiguration). Das Umschaltelement 204 kann in manchen Aspekten ein Hochseitenschalter sein, der das Stromerzeugungselement 208 mit der Lichtquelle 202 verbindet.
In manchen Aspekten kann das Stromerzeugungselement 208 ein Ladespeicherelement aufweisen, z.B. einen Kondensator. Das Umschaltelement 204 kann konfiguriert sein, den Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu steuern, indem ein Entladen des Ladespeicherelements gesteuert wird, veranschaulichend, indem ein Entladen des Ladespeicherelement erlaubt oder verhindert wird.
Die Lichtquelle 202 kann konfiguriert sein, einen Lichtpuls bei Empfang eines Strompulses zu emittieren, der von dem Entladen des Ladespeicherelements bereitgestellt wird. Die Eigenschaften des Strompulses, der von dem Entladen bereitgestellt wird, kann die Eigenschaften eines Lichtpulses beeinflussen, der von der Lichtquelle 202 emittiert wird. Als ein Beispiel kann die Höhe (mit anderen Worten die Amplitude) des Strompulses die Höhe eines emittierten Lichtpulses definieren oder beeinflussen. Als ein anderes Beispiel kann die Dauer des Strompulses die Dauer des Lichtpulses definieren oder beeinflussen.
Als ein numerisches Beispiel kann das Ladespeicherelement konfiguriert sein, ein vollständiges Entladen in weniger als 15 ns, oder weniger als 10 ns oder weniger als 6 ns zu erlauben. Es wird verstanden, dass die Eigenschaften vom Ladespeicherelement (z.B. die Kapazität, der Bereich und dergleichen) abhängig von der gewünschten Lichtemission angepasst werden, z.B. abhängig von den gewünschten Eigenschaften eines emittierten Lichtpulses. Nur als ein numerisches Beispiel kann das Ladespeicherelement eine Kapazität in der Spanne von etwa 15 nF bis etwa 40 nF aufweisen, zum Beispiel in der Spanne von etwa 20 nF bis etwa 30 nF.
Es wird auch verstanden, dass die Entladung eines Ladespeicherelements nur ein Beispiel einer möglichen Konfiguration zum Erzeugen von Strompulsen ist und andere Konfigurationen möglich sind. Als ein anderes Beispiel kann das Stromerzeugungselement 208 eine Stromquelle aufweisen, die bei einer gewünschten Rate ein und ausgeschaltet wird.
In manchen Aspekten kann die lichtemittierende Vorrichtung 200 ein Treiberelement 210 aufweisen (hierin auch als Treiberschaltung oder Treiber bezeichnet), das konfiguriert ist, ein Steuerungssignal zum Antreiben des Umschaltelements 204 bereitzustellen. Das Treiberelement 210 (z.B. als Teil der Treiberanordnung 220) kann konfiguriert sein, eine Treiberspannung bei einem Spannungsversorgungsknoten 212 zum Antreiben des Umschaltelements 204 bereitzustellen. In manchen Aspekten, z.B. im Fall, dass die lichtemittierende Vorrichtung 200 mehrere Umschaltelemente 204 aufweist, kann die lichtemittierende Vorrichtung 200 mehrere Treiberelemente 210 aufweisen, die jeweils einem oder mehreren der Umschaltelemente 204 (veranschaulichend, jedes konfiguriert, ein Steuerungssignal, z.B. eine Treiberspannung, zum Antreiben der jeweiligen einen oder mehreren Umschaltelemente) zugewiesen sind. Das Treiberelement 210 kann eine oder mehrere Spannungsversorgungsschaltungen aufweisen oder steuern, die zum Versorgen der Treiberspannung verwendet werden. Das Treiberelement 210 kann in manchen Aspekten einen Hochseitentreiber aufweisen.
Das Treiberelement 210 kann konfiguriert sein, bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 eine Treiberspannung bereitzustellen, die größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements 204 ist. Als ein Beispiel kann die Treiberspannung mindestens 1,5-mal größer als die maximal zulässige Eingabespannung sein, zum Beispiel mindestens zweimal größer als die maximal zulässige Eingabespannung, zum Beispiel mindestens dreimal größer als die maximal zulässige Eingabespannung, zum Beispiel mindestens fünfmal größer als die maximal zulässige Eingabespannung.
Als ein numerisches Beispiel kann das Treiberelement 210 konfiguriert sein, bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 eine Treiberspannung bereitzustellen, die einen absoluten Wert größer als 5 V aufweist, oder größer als 10 V, oder größer als 12 V oder größer als 15 V. Als ein anderes numerisches Beispiel kann das Treiberelement 210 konfiguriert sein, bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 eine Treiberspannung bereitzustellen, die einen absoluten Wert in der Spanne von 5 V bis 25 V aufweist, zum Beispiel in der Spanne von 10 V bis 20 V. Als ein anderes numerisches Beispiel kann die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements 204 gleich oder kleiner als 6 V sein, zum Beispiel gleich oder kleiner als 10 V oder gleich oder kleiner als 8 V. Als ein anderes numerisches Beispiel kann die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements 204 in der Spanne von 2 V bis 15 V sein, zum Beispiel in der Spanne von 4 V bis 8 V.
In manchen Aspekten, z.B. in dem Fall, dass das Umschaltelement 204 einen Halbleitertransistor aufweist, kann das Treiberelement 210 konfiguriert sein, eine Treiberspannung bei dem Versorgungsknoten 212 bereitzustellen, die größer als eine Schwellenspannung des Halbleitertransistors ist. Mittels Beispiels kann die Treiberspannung mindestens 1,5-mal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors sein, zum Beispiel mindestens zweimal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors, zum Beispiel mindestens fünfmal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors, zum Beispiel mindestens zehnmal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors.
Veranschaulichend kann die Treiberspannung nicht begrenzt sein, solange sie größer als die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements 204 ist (z.B. solange ein absoluter Wert der Treiberspannung größer als ein absoluter Wert der maximal zulässigen Spannung ist). Die Treiberspannung kann in Übereinstimmung mit einem gewünschten Betrieb der lichtemittierenden Vorrichtung 200 und in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Komponenten der lichtemittierenden Vorrichtung 200 angepasst sein, wie unten in weiterem Detail beschrieben.
Eine maximal zulässige Eingabespannung kann als eine Maximalspannung verstanden werden, der das Umschaltelement 204 widerstehen kann, z.B. eine Maximalspannung, mit der das Umschaltelement 204 betrieben werden kann, ohne beschädigt zu werden oder ohne das Risiko aufzuweisen, beschädigt zu werden. Veranschaulichend kann eine maximal zulässige Eingabespannung als eine Maximalspannung verstanden werden, die bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellt werden kann (z.B. bei dem Eingabeknoten 206-1), über der das Umschaltelement 204 versagen kann oder irreparabel beschädigt werden kann. In manchen Aspekten, wie unten in weiterem Detail beschrieben, kann in dem Fall, dass das Umschaltelement 204 einen Feldeffekttransistor aufweist, die maximal zulässige Eingabespannung eine Maximale Gate-Quellenspannung des Feldeffekttransistors aufweisen, das heißt einen Maximalunterschied zwischen einer Spannung, die bei dem Gate-Knoten bereitgestellt wird, und einer Spannung, die bei dem Quellknoten bereitgestellt wird, der sicherstellt, dass der Feldeffekttransistor nicht beschädigt wird. Mittels Veranschaulichung kann die maximal zulässige Eingabespannung als die Maximalspannung verstanden werden, die bei dem Umschaltelement 204 in dem Fall bereitgestellt werden würde, falls die unten in weiterem Detail beschriebene Strategie nicht implementiert wurde. Zum Beispiel wären die in Bezug auf die in 1A, 1C und 1E gezeigten lichtemittierenden Vorrichtungen 100a, 100b, 100c beschriebenen Hochseitentreiber 108 nicht konfiguriert, eine Treiberspannung größer als eine maximale Gate-Quellspannung der jeweiligen Halbleitertransistoren 106 bereitzustellen, da dies dazu führen würde, die Transistoren 106 zu beschädigen oder zu zerstören. In manchen Aspekten kann die maximal zulässige Eingabespannung als ein maximal zulässiger Spannungsabfall zwischen dem Eingabeknoten 206-1 und dem Knoten, der mit der Lichtquelle 202 gekoppelt ist, sein, z.B. ein maximal zulässiger Spannungsabfall zwischen dem Eingabeknoten 206-1 und dem dritten Knoten 206-3 in der in 2 gezeigten Konfiguration.
In manchen Aspekten kann das Treiberelement 210 weiter konfiguriert sein, eine Referenzspannung bei dem Steuerungsknoten des Umschaltelements 204 bereitzustellen, das mit der Lichtquelle 202 gekoppelt ist, z.B. bei dem dritten Steuerungsknoten 206-3 in der in 2 gezeigten beispielhaften Konfiguration (z.B. können in manchen Aspekten des Treiberelements 210 und der dritte Steuerungsknoten 206-3 miteinander gekoppelt sein). Veranschaulichend kann das Treiberelement 210 konfiguriert sein, den dritten Steuerungsknoten 206-3 bei einer Referenzspannung aufrechtzuerhalten (veranschaulichend bei einem Referenzpotenzial). In manchen Aspekten kann die Referenzspannung in Übereinstimmung mit dem Stromfluss, der von dem Umschaltelement 204 erlaubt oder verhindert wird, über Zeit variieren. In manchen Aspekten kann die maximal zulässige Spannung als eine maximal zulässiger Spannungsunterschied zwischen einer Spannung, die bei dem Eingabeknoten 206-1 bereitgestellt wird, und der Referenzspannung, die bei dem Steuerungsknoten des Umschaltelements 204, das mit der Lichtquelle 202 gekoppelt ist, bereitgestellt ist (z.B. die Referenzspannung, die bei dem dritten Steuerungsknoten 206-3 bereitgestellt ist), verstanden werden.
In manchen Aspekten kann die lichtemittierende Vorrichtung 200 ein Spannungssteuerungselement 214 (z.B. als Teil der Treiberanordnung 220) mit dem Umschaltelement 204 und mit dem Spannungsversorgungsknoten 212 gekoppelt aufweisen. Das Spannungssteuerungselement 214 und das Umschaltelement 204 können miteinander bei dem Eingabeknoten 206-1 gekoppelt sein, veranschaulichend können das Spannungssteuerungselement 214 und der Eingabeknoten 206-1 miteinander gekoppelt sein.
Das Spannungssteuerungselement 214 kann konfiguriert sein, eine Spannung zu regulieren, die bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellt ist. Das Spannungssteuerungselement 214 kann konfiguriert sein, die Spannung anzupassen, die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellt ist, sodass eine Eingabespannung bei dem Eingabeknoten 206-1 die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements 204 nicht übersteigt. Die Kombination zum Bereitstellen einer hohen Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 mit der Spannungsregulierung, die von dem Spannungssteuerungselement 214 betrieben wird, stellt sicher, dass die Eingabespannung bei dem Eingabeknoten 206-1 in einer kurzen Zeit (z.B. in weniger als 10 ns oder in weniger als 8 ns) auf den Spannungspegel steigen kann, der das Umschaltelement 204 steuert, um den Stromfluss zu der Lichtquelle 202 zu erlauben, ohne das Risiko aufzuweisen, das Umschaltelement 204 zu beschädigen.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement 214 mehrere Spannungssteuerungselemente 214 aufweisen, wobei jedes einem jeweiligen Umschaltelement 204 zugewiesen ist, z.B. jedes mit einem jeweiligen Umschaltelement 204 gekoppelt ist.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement 214 eine damit verknüpfte Kapazität aufweisen (z.B. eine zweite Kapazität C₂). Das Spannungssteuerungselement 214 und das Umschaltelement 204 können miteinander derart gekoppelt sein, dass ein kapazitiver Spannungsteiler bereitgestellt ist. Mit anderen Worten, das Spannungssteuerungselement 214 und die Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 können miteinander auf solche Weise gekoppelt sein, dass das Spannungssteuerungselement 214 und die Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 einen kapazitiven Spannungsteiler bilden. Veranschaulichend sind das Spannungssteuerungselement 214 und die Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 derart miteinander gekoppelt, dass die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellte Treiberspannung über das Spannungssteuerungselement 214 und die Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 verteilt wird. Die Spannungsverteilung kann durch Spannungsteilerberechnungen für eine Reihenverbindung der Eingabekapazität C₁ und der zweiten Kapazität C₂ ermittelt werden. Veranschaulichend können die Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 und das Spannungssteuerungselement 214 in Reihe derart miteinander gekoppelt sein, dass die jeweiligen Kapazitäten in Reihe miteinander sind.
Die Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 und das Spannungssteuerungselement 214 können auf solche Weise miteinander gekoppelt sein, dass ein erster Abschnitt (mit anderen Worten ein erster Bruchteil) der Treiberspannung bei der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 (als Eingabespannung) bereitgestellt wird und ein zweiter Abschnitt (mit anderen Worten ein zweiter Bruchteil) der Treiberspannung über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt. In manchen Aspekten, z.B. im Fall, dass das Umschaltelement 204 einen Halbleitertransistor aufweist, kann der (erste) Abschnitt der Treiberspannung, der bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellt wird, eine Gate-Quellspannung des Halbleitertransistors sein (oder definieren), wie unten in weiterem Detail zum Beispiel in Bezug auf 3 beschrieben wird.
In manchen Aspekten kann die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellte Treiberspannung als die Spannung verstanden werden, die über den Spannungsversorgungsknoten 212 und den Steuerungsknoten des mit der Lichtquelle 202 gekoppelten Umschaltelements abfällt, z.B. der Spannungsabfall über den Spannungsversorgungsknoten 212 und den dritten Steuerungsknoten 206-3. Der erste Abschnitt der bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellten Treiberspannung kann als der Abschnitt der Treiberspannung verstanden werden, der über den Eingabeknoten 206-1 und den dritten Steuerungsknoten 206-3 abfällt. Der zweite Abschnitt der Treiberspannung kann als der Abschnitt der Treiberspannung verstanden werden, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, z.B. über zwei Knoten abfällt, die mit dem Spannungssteuerungselement 214 verknüpft sind (z.B. über den Spannungsversorgungsknoten 212 und den Eingabeknoten 206-1 abfällt).
Die Eingabekapazität C₁, die mit dem Umschaltelement 204 verknüpft ist, und die zweite Kapazität, C₂, die mit dem Spannungssteuerungselement 214 verknüpft ist, können ausgewählt werden, um die Spannungsverteilung anzupassen, veranschaulichend um die Spannung, die als Eingabespannung bereitgestellt ist, und den Spannungsabfall über das Spannungssteuerungselement anzupassen. Die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ können in Übereinstimmung mit der Treiberspannung ausgewählt werden, z.B. in Übereinstimmung mit der Menge, um die die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellte Treiberspannung die maximal zulässige Eingabespannung übersteigt. Eine Beziehung zwischen der Eingabekapazität C₁ und der zweiten Kapazität C₂ kann in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung sein. Eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt der bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellten Treiberspannung und dem zweiten Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, kann in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung sein, z.B. in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Eingabekapazität C₁ und der zweiten Kapazität C₂.
Die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ können in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ausgewählt werden (mit anderen Worten, basierend auf einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung), z.B. in Übereinstimmung mit einem Verhältnis der Treiberspannung zu der maximal zulässigen Eingabespannung.
Mittels Veranschaulichung können die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ derart ausgewählt werden, dass der erste Abschnitt der bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellten Treiberspannung die maximal zulässige Eingabespannung nicht übersteigt, und derart, dass die überschüssige Spannung über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt (als zweiter Abschnitt der Treiberspannung). Wenn die Spannung über die Eingabekapazität (veranschaulichend die maximal zulässige Eingabespannung) zum Beispiel als V_C1 und die Treiberspannung als V_D bezeichnet werden, kann die zweite Kapazität C₂ als C₂= [V_C1/(V_D-V_C1)]*C₁ bemessen sein.
In manchen Aspekten können in dem Fall, dass das Treiberelement 210 konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 gleich zweimal der maximal zulässigen Eingabespannung (V_D=2*V_C1) bereitzustellen, die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ gleich zueinander sein (C₁=C₂). In dieser Konfiguration können der erste Abschnitt der Treiberspannung, der bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellt ist, und der zweite Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, gleich zueinander sein (V_C1=V_C2, wo V_C2 die Spannung bezeichnen kann, die über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt). Veranschaulichend können die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ derart bemessen sein, dass die Treiberspannung gleichmäßig zwischen dem Spannungssteuerungselement 214 und dem Umschaltelement 204 verteilt ist.
In manchen Aspekten, in dem Fall, dass das Treiberelement 210 konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 größer als zweimal die maximal zulässige Eingabespannung (V_D>2*V_C1) bereitzustellen, kann die zweite Kapazität C₂ geringer als die Eingabekapazität sein (C₂<C₁). In dieser Konfiguration kann der zweite Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, größer als der erste Abschnitt der Treiberspannung sein, der bei dem Umschaltelement 204 bereitgestellt ist (V_C2>V_C1). Veranschaulichend kann in manchen Aspekten die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ derart ausgewählt werden, dass der (zweite) abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, größer als der (erste) abschnitt der Treiberspannung ist, der bei der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 bereitgestellt ist. Als ein Beispiel kann die Eingabekapazität C₁ mindestens 1,5-mal größer als die zweite Kapazität C₂ sein, oder mindestens zweimal größer als die zweite Kapazität C₂ sein, oder mindestens dreimal größer als die zweite Kapazität C₂ sein oder mindestens fünfmal größer als die zweite Kapazität C₂ sein.
In manchen Aspekten kann, in dem Fall, dass das Treiberelement 210 konfiguriert ist, eine Treiberspannung, die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellt ist, niedriger als zweimal die maximal zulässige Eingabespannung (V_C1<V_D<2*V_C1) bereitzustellen, die zweite Kapazität C₂ größer als die Eingabekapazität (C₂>C₁) sein. In dieser Konfiguration kann der zweite Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, niedriger als der erste Abschnitt der Treiberspannung sein, der bei dem Umschaltelement 204 (V_C2<V_C1) bereitgestellt ist. Veranschaulichend können in manchen Aspekten die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ derart ausgewählt sein, dass der (zweite) Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement 214 abfällt, niedriger als der (erste) Abschnitt der Treiberspannung ist, der bei der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 bereitgestellt ist. Als ein Beispiel kann die zweite Kapazität C₂ mindestens 1,5-mal größer als die Eingabekapazität C₁ sein, oder mindestens zweimal größer als die Eingabekapazität C₁ sein, oder mindestens dreimal größer als die Eingabekapazität C₁ sein oder mindestens fünfmal größer als die Eingabekapazität C₁ sein.
Es wird verstanden, dass die Überlegungen von zuvor in Bezug zur zweifachen maximal zulässigen Eingabespannung auf die beispielhafte Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 200 in 2 zutreffen können, in der die Treiberspannung, die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellt ist, zwischen zwei Elementen verteilt ist (veranschaulichend zwischen dem Spannungssteuerungselement 214 und dem Umschaltelement 204) . Die Überlegungen von zuvor können dementsprechend in dem Fall angepasst werden, dass die lichtemittierende Vorrichtung 200 mehr als ein Spannungssteuerungselement 214, das mit dem Umschaltelement 204 verknüpft ist, aufweist, z.B. in dem Fall, dass die lichtemittierende Vorrichtung 200 ein weiteres Spannungssteuerungselement aufweist, das eine dritte Kapazität in Reihe mit dem Spannungssteuerungselement 214 gekoppelt aufweist (oder mehrere weitere Spannungssteuerungselemente in Reihe mit dem Spannungssteuerungselement 214 gekoppelt). In dieser Konfiguration können die Überlegungen von zuvor gemäß am Stand der Technik bekannter Gleichungen, um die Beziehungen zwischen den Kapazitäten zu beschreiben, angepasst werden (z.B. die Überlegungen von zuvor können unter Berücksichtigung dessen angepasst werden, dass die Treiberspannung niedriger als, gleich oder größer als dreimal die maximal zulässige Eingabespannung oder ein geeignetes Vielfaches der maximal zulässigen Eingabespannung ist).
Der Abschnitt der Treiberspannung, der bei der Eingabe 206-1 bereitgestellt ist, kann reduziert werden, indem die zweite Kapazität C₂ reduziert wird oder indem die Eingabekapazität C₁ relativ zu der zweiten Kapazität C₂ erhöht wird.
Die Reihenverbindung des Spannungssteuerungselements 214 und der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 können bereitstellen, dass ein selber Strom durch beide Komponenten fließt. Veranschaulichend stellt die Treiberspannung, die bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellt ist, einen Treiberstrom bereit, der in Richtung des Spannungssteuerungselements 214 und des Umschaltelements 204 fließt. In Anbetracht der Reihenverbindung kann ein selber Strom in beiden kapazitiven Komponenten fließen und die Eingabekapazität C₁ und die zweite Kapazität C₂ können einen selben Strom empfangen (eine selbe Menge an Ladung, die von dem Strom bereitgestellt wird). Über die Komponente mit größerer Kapazität erscheint eine niedrigere Spannung, verglichen mit der Komponente mit niedrigerer Kapazität. Eine hohe Treiberspannung (bei dem Spannungsversorgungsknoten 212) bereitzustellen, führt zu einem hohen Strom (und einer hohen Menge an Ladung) bei der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204, um ein schnelles Laden der Eingabekapazität C₁ bereitzustellen.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement 214 derart konfiguriert sein, dass die zweite Kapazität C₂ vollständig geladen wird, in dem Fall, dass der erste Abschnitt der Treiberspannung, der bei der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204 bereitgestellt ist, im Wesentlichen gleich der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements 204 ist. Veranschaulichend kann die zweite Kapazität C₂ derart bemessen sein, dass ein Laden der zweiten Kapazität C₂ bei Abschluss des Ladens der Eingabekapazität C₁ abgeschlossen ist. Dies stellt sicher, dass die Spannung bei der Eingabe 206-1 nicht weiter zunimmt, wodurch Schaden an dem Umschaltelement 204 verhindert wird.
In manchen Aspekten kann ein Verhältnis C₁/C₂ der Eingabekapazität C₁ zu der zweiten Kapazität C₂ proportional (in manchen Aspekten annähernd gleich) zu einem Verhältnis der Treiberspannung, die von dem Treiberelement 210 bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellt ist, zu der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements 204 sein (C₁/C₂ α V_D/V_C1). In manchen Aspekten kann ein Verhältnis C₁/C₂ der Eingabekapazität C₁ zu der zweiten Kapazität C₂ annähernd gleich einem Verhältnis eines Unterschieds zwischen der Treiberspannung, die von dem Treiberelement 210 bei dem Spannungsversorgungsknoten 212 bereitgestellt ist, und der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements 204 zu der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements 204 sein (C₁/C₂ = (V_D-V_C1) /V_C1). Wie zuvor beschrieben, kann die zweite Kapazität C₂ in Übereinstimmung mit der Eingabekapazität C₁ und mit der Treiberspannung, die das Treiberelement 210 bereitstellen kann, bemessen sein. Nur als ein numerisches Beispiel kann die Treiberspannung 18 V sein, was einen hohen Strom bereitstellt, und die zweite Kapazität C₂ kann ein Drittel der Eingabekapazität C₁ sein (zum Beispiel in dem Fall, dass die maximal zulässige Eingabekapazität 6 V ist).
3 zeigt ein Umschaltelement 300 in einer schematischen Ansicht gemäß unterschiedlichen Aspekten. Das Umschaltelement 300 kann eine beispielhafte Umsetzung des Umschaltelements 204 sein, das in Bezug auf 2 beschrieben ist.
In manchen Aspekten kann das Umschaltelement 300 einen Halbleitertransistor aufweisen (hierin auch als Leistungshalbleitertransistor bezeichnet). Wie in 3 gezeigt, kann der Halbleitertransistor einen Feldeffekttransistor aufweisen, wie einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (z.B. einen n-Kanal MOS-FET) oder einen Galliumnitrid-Feldeffekttransistor (mit einer intrinsischen Körperdiode, wie in 3 gezeigt). Es wird verstanden, dass die in 3 gezeigte Konfiguration nur ein Beispiel ist und andere Konfigurationen eines Umschaltelements bereitgestellt werden können, zum Beispiel kann ein Umschaltelement eine Vakuumröhre aufweisen. Es wird auch verstanden, dass andere Konfigurationen des Halbleitertransistors 300 bereitgestellt sein können. Als ein anderes Beispiel kann der Halbleitertransistor einen isolierten Bipolartransistor aufweisen.
Der Halbleitertransistor 300 kann einen zweiten Steuerungsknoten 302-2, einen dritten Steuerungsknoten 302-3 und einen ersten Steuerungsknoten 302-1, um ein elektrisches Verhalten des zweiten Steuerungsknotens 302-2 und des dritten Steuerungsknotens 302-3 zu steuern, aufweisen. Veranschaulichend können der erste Steuerungsknoten 302-1, der zweite Steuerungsknoten 302-2 und der dritte Steuerungsknoten 302-3 eine beispielhafte Umsetzung des ersten Steuerungsknotens 206-1, des zweiten Steuerungsknotens 206-2 beziehungsweise des dritten Steuerungsknotens 206-3 sein, die in Bezug auf 2 beschrieben sind.
In manchen Aspekten kann der erste Steuerungsknoten 302-1 ein Gate-Knoten des Halbleitertransistors 300 sein, der zweite Steuerungsknoten 302-2 kann einer von einem Source-Knoten oder einem Drain-Knoten sein und der dritte Steuerungsknoten 302-3 kann der andere des Source-Knotens oder des Drain-Knotens sein. In der in 3 gezeigten Konfiguration kann der zweite Steuerungsknoten 302-2 der Drain-Knoten sein und der dritte Steuerungsknoten 302-3 kann der Source-Knoten sein. Im Fall, dass der Halbleitertransistor einen isolierten Bipolartransistor aufweist, kann als ein Beispiel der zweite Steuerungsknoten 302-2 ein Ableiterknoten sein und der dritte Steuerungsknoten 302-3 kann ein Emitterknoten sein.
In manchen Aspekten kann eine Eingabekapazität des Halbleitertransistors 300 eine Gate-Kapazität sein. Der Halbleitertransistor 300 kann konfiguriert sein, einen Stromfluss zwischen dem Source-Knoten und dem Drain-Knoten zu verhindern, außer die Gate-Kapazität ist geladen. Veranschaulichend kann der Halbleitertransistor 300 konfiguriert sein, von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand umzuschalten, in dem Fall, dass eine Spannung bei dem Gate-Knoten 302-1 eine Schwellenspannung des Halbleitertransistors 300 erreicht, und kann derart konfiguriert sein, dass die Spannung bei dem Gate-Knoten 302-1 nicht zunimmt, außer die Gate-Kapazität ist geladen. Die Gate-Kapazität des Halbleitertransistors 300 kann eine Kombination einer Gate-Source-Kapazität C_gs und einer Gate-Drain-Kapazität C_gd des Halbleitertransistors 300 sein, wie es herkömmlich am Stand der Technik bekannt ist.
In manchen Aspekten kann eine maximal zulässige Eingabespannung des Halbleitertransistors 300 eine maximal zulässige Gate-Source-Spannung des Halbleitertransistors sein. Veranschaulichend kann eine maximal zulässige Eingabespannung des Halbleitertransistors 300 ein maximaler Unterschied zwischen einer (Gate-) Spannung, die bei dem Gate-Knoten 302-1 bereitgestellt ist, und einer (Source-) Spannung, die bei dem Source-Knoten 302-3 bereitgestellt ist, sein. Als ein numerisches Beispiel kann die maximal zulässige Gate-Source-Spannung gleich oder kleiner als 6 V sein (z.B. in dem Fall, dass der Halbleitertransistor einen GaN-FET aufweist). Als ein anderes numerisches Beispiel kann die maximal zulässige Gate-Source-Spannung in der Spanne von 2 V bis 15 V sein, zum Beispiel in der Spanne von 4 V bis 8 V.
In manchen Aspekten kann eine Eingabespannung, die bei dem Gate-Knoten 302-1 des Halbleitertransistors 300 bereitgestellt ist, als eine Gate-Source-Spannung des Halbleitertransistors 300 verstanden werden, angenommen, dass der Source-Knoten 302-3 mit einer Referenzspannung bereitgestellt ist (veranschaulichend angenommen, dass der Source-Knoten 302-3 bei einem Referenzpotenzial ist). In manchen Aspekten kann es möglich sein, eine Eingabespannung bei dem Source-Knoten 302-3 bereitzustellen, während eine Referenzspannung bei dem Gate-Knoten 302-1 bereitgestellt wird, um den Stromfluss in dem Halbleitertransistor 300 abhängig von der Konfiguration des Halbleitertransistors 300 zu steuern.
4 zeigt ein Treiberelement 400 in einer schematischen Ansicht gemäß unterschiedlichen Aspekten. Das Treiberelement 400 kann eine beispielhafte Umsetzung des Treiberelements 210 sein, das in Bezug auf 2 beschrieben ist. Das Treiberelement 400 kann einen Hochseitentreiber aufweisen. In manchen Aspekten kann das Treiberelement 400 als ein Gate-Treiber oder als eine Gate-Treiberschaltung verstanden werden.
In manchen Aspekten kann das Treiberelement 400 konfiguriert sein, eine Ausgabespannung bei einem Ausgabeknoten 402 bereitzustellen. Die Ausgabespannung kann eine Treiberspannung zum Antreiben eines Umschaltelements sein. Veranschaulichend kann der Ausgabeknoten 402 ein Spannungsversorgungsknoten sein oder kann mit einem Spannungsversorgungsknoten gekoppelt sein (z.B. dem Spannungsversorgungsknoten 212, der in Bezug auf 2 beschrieben ist).
In manchen Aspekten kann das Treiberelement 400 konfiguriert sein, mehrere Versorgungsspannungen zu empfangen. Das Treiberelement 400 kann mit mehreren Spannungsversorgungen gekoppelt sein (z.B. mit mehreren Spannungsquellen). In der in 4 gezeigten Konfiguration kann das Treiberelement 400 mit einer ersten Spannungsversorgung 404-1 und mit einer zweiten Spannungsversorgung 404-2 gekoppelt sein.
Die erste Spannungsversorgung 404-1 kann konfiguriert sein, eine erste Versorgungsspannung bereitzustellen und die zweite Spannungsversorgung 404-2 kann konfiguriert sein, eine zweite Versorgungsspannung bereitzustellen. Die erste Versorgungsspannung kann für einen Logikbetrieb des Treiberelements 400 sein. Veranschaulichend kann die erste Versorgungsspannung dazu dienen, interne Logik des Treiberelements mit Leistung zu versorgen. Die zweite Versorgungsspannung kann dazu dienen, die Ausgabespannung bei dem Ausgabeknoten 402 bereitzustellen.
Das Treiberelement 400 kann konfiguriert sein, bei dem Ausgabeknoten 402 eine Spannung bereitzustellen, die erzeugt wird, indem die zweite Versorgungsspannung verwendet wird. Das Treiberelement 400 kann einen oder mehrere Prozessoren aufweisen, die konfiguriert sind, die Bereitstellung der Ausgabespannung zu steuern (z.B. die Zeit, bei der die Ausgabespannung bereitgestellt wird) und der eine oder die mehreren Prozessoren können von der ersten Versorgungsspannung mit Leistung versorgt werden.
Die erste Versorgungsspannung kann niedriger als die zweite Versorgungsspannung sein. Als ein numerisches Beispiel kann die erste Versorgungsspannung in der Spanne von etwa 1 V bis etwa 10 V sein, zum Beispiel von etwa 2 V bis etwa 6 V (z.B. kann die erste Versorgungsspannung etwa 5 V sein). Als ein weiteres numerisches Beispiel kann die zweite Versorgungsspannung in der Spanne von etwa 5 V bis etwa 25 V sein, zum Beispiel in der Spanne von etwa 10 V bis etwa 20 V (z.B. kann die erste Versorgungsspannung etwa 15 V sein).
Die Verwendung von mehr als einer Spannungsversorgung stellt eine Lösung bereit, dem Treiberelement 400 zu ermöglichen, eine (hohe) Ausgabespannung, größer als eine Spannung die zum Steuern des Betriebs des Treiberelements 400 verwendet wird, bereitzustellen. Es wird verstanden, dass andere Konfigurationen möglich sein können, z.B. mit mehr als zwei Spannungsversorgungen oder mit einer individuellen Spannungsversorgung und internen Schaltkreisen des Treiberelements 400, um einen Abschnitt der Spannungsversorgung für den Logikbetrieb und einen anderen (z.B. verstärkten) Abschnitt als Ausgabespannung bereitzustellen.
5A zeigt ein Spannungssteuerungselement 500 in einer schematischen Ansicht gemäß unterschiedlichen Aspekten. Das Spannungssteuerungselement 500 kann eine beispielhafte Umsetzung des Spannungssteuerungselements 214 sein, das in Bezug auf 2 beschrieben ist.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement 500 ein kapazitives Element 502 aufweisen (z.B. einen Kondensator, wie in 5B oder 5C gezeigt). Das kapazitive Element 502 kann die Kapazität bereitstellen, die mit dem Spannungssteuerungselement 500 verknüpft ist. Veranschaulichend kann eine (zweite) Kapazität, die mit dem Spannungssteuerungselement 500 verknüpft ist, eine Kapazität des kapazitiven Elements 502 sein oder kann eine Kapazität des kapazitiven Elements 502 aufweisen (z.B. eine Kapazität des Kondensators). Als ein numerisches Beispiel kann die Kapazität, die mit dem Spannungssteuerungselement 500 verknüpft ist, in der Spanne von etwa 0,5 nF bis etwa 5 nF sein.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement 500 ein resistives Element 504 aufweisen (z.B. einen Widerstand, wie in 5B gezeigt, oder eine Diode, wie in 5C gezeigt). Das resistive Element 504 kann konfiguriert sein, einen Entladungspfad für eine Kapazität bereitzustellen, die mit dem Spannungssteuerungselement 500 gekoppelt ist, z.B. für die Eingabekapazität eines Umschaltelements (z.B. das Umschaltelement 204). Veranschaulichend kann das resistive Element 504 konfiguriert sein, der Eingabekapazität zu erlauben sich zu entladen, um das Umschaltelement umzuschalten, z.B. um einen Stromfluss zu verhindern (und Neuladen des Ladungsspeicherelements zu erlauben, das verwendet wird, um Strompulse bereitzustellen). Das resistive Element 504 und das kapazitive Element 502 können parallel miteinander gekoppelt sein.
Das resistive Element 504 kann weiter konfiguriert sein, ein definiertes Potenzial bei einem Ausgabeknoten des Spannungssteuerungselements bereitzustellen oder aufrechtzuerhalten. Veranschaulichend kann das resistive Element 504 konfiguriert sein, ein definiertes Potenzial bei einer Eingabe eines Umschaltelements, das mit dem Spannungssteuerungselement 500 gekoppelt ist (z.B. bei der Eingabe 206-1 des Umschaltelements 204), z.B. in einem nichtumgeschalteten Zustand des Umschaltelements (ein erster Zustand des Umschaltelements) bereitzustellen oder aufrechtzuerhalten.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement 500 als ein passives Netzwerk verstanden werden, das konfiguriert ist, eine kapazitive Spannungsteilerkonfiguration bereitzustellen (veranschaulichend, wenn mit dem Umschaltelement 204 gekoppelt). Das Spannungssteuerungselement 500 kann als ein passives Netzwerk verstanden werden, aufweisend ein kapazitives Element 502 und ein resistives Element 504 parallel miteinander gekoppelt.
5B und 5C zeigen jeweils eine jeweilige beispielhafte Implementierung 500a, 500b des Spannungssteuerungselements 500 in einer schematischen Ansicht gemäß unterschiedlichen Aspekten.
Wie in 5B gezeigt, kann das Spannungssteuerungselement 500 einen Kondensator 506 und einen Widerstand 508 parallel miteinander gekoppelt aufweisen. Wie in 5C gezeigt, kann das Spannungssteuerungselement 500 einen Kondensator 510 und eine Diode 512 parallel miteinander gekoppelt aufweisen. Es wird verstanden, dass die in 5B und 5C gezeigten Konfigurationen nur ein Beispiel sind und andere Konfigurationen des Spannungssteuerungselements 500 möglich sein können, um einer kapazitiven Spannungsteilerkonfiguration ein Umschaltelement bereitzustellen.
6A und 6B zeigen jeweils eine jeweilige lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten. Die in 6A und 6B gezeigte lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b kann eine beispielhafte Umsetzung der lichtemittierenden Vorrichtung 200 sein, die in Bezug auf 2 beschrieben ist.
Eine lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b kann eine Lichtquelle 602 aufweisen, zum Beispiel vier Laserdioden 602-1, 602-2, 602-3, 602-4 (D1, D2, D3, D4) aufweisend. Die Laserdioden 602-1, 602-2, 602-3, 602-4 können mit Masse verbunden sein (einzeln, wie in 6A gezeigt oder mit einem gemeinsamen Knoten, wie in 6B gezeigt).
Die lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b kann ein Umschaltelement 604 (U1) aufweisen, z.B. einen GaN-FET, um einen Stromfluss zu den Laserdioden 602-1, 602-2, 602-3, 602-4 zu steuern, indem die Entladung eines Ladungsspeicherelements 606 gesteuert wird (z.B. von einem Kondensator C1, zum Beispiel mit einer Kapazität von 24,2 nF).
Die lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b kann ein Spannungssteuerungselement 608 mit dem Umschaltelement 604 gekoppelt aufweisen, um einen kapazitiven Spannungsteiler zu bilden. Das Spannungssteuerungselement 608 kann ein kapazitives Element 610 (z.B. ein Kondensator C2, zum Beispiel mit Kapazität von 1 nF) und ein resistives Element 612 (z.B. eine Diode D5) parallel miteinander gekoppelt aufweisen. Das Spannungssteuerungselement 608 kann in Reihe mit dem Umschaltelement 604 gekoppelt sein, z.B. mit einer Eingabe des Umschaltelements 604 (wie mit einem Gate-Knoten des GaN-FET).
Die lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b kann ein Treiberelement 614, 616 aufweisen (z.B. einen Hochseitentreiber HSD1), das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bereitzustellen, um das Umschaltelement 604 zu steuern (z.B. bei einem Spannungsversorgungsknoten 618, 620). Das Treiberelement 614, 616 kann auch mit einem anderen Steuerungsknoten des Umschaltelements 604 gekoppelt sein (z.B. mit einem Source-Knoten des GaN-FET).
Wie in 6A gezeigt, kann das Treiberelement 614 mit einer ersten Spannungsversorgung 622 gekoppelt sein, die konfiguriert ist, eine erste Versorgungsspannung (z.B. 6 V) für einen Logikbetrieb des Treiberelements 614 bereitzustellen. Das Treiberelement 614 kann ferner mit einer zweiten Spannungsversorgung 624 gekoppelt sein, die konfiguriert ist, eine zweite Versorgungsspannung (z.B. 18 V) zum Bereitstellen der Treiberspannung bereitzustellen.
Wie in 6B gezeigt, kann das Treiberelement 616 mit einer ersten Spannungsversorgung 626 gekoppelt sein, die konfiguriert ist, eine erste Versorgungsspannung (z.B. 5 V) für einen Logikbetrieb des Treiberelements 616 bereitzustellen. Das Treiberelement 616 kann ferner mit einer zweiten Spannungsversorgung 628 gekoppelt sein, die konfiguriert ist, eine zweite Versorgungsspannung (z.B. 18 V) zum Bereitstellen der Treiberspannung bereitzustellen.
Mittels Veranschaulichung kann die lichtemittierende Vorrichtung 600a, 600b als eine Laserdiodenschleife mit Hochseitentreiber mit einer Spannung von 18 V in der Ausgabeschleife und einem zusätzlichen (passiven) Netzwerk in der Gate-Schleife verstanden werden.
Wie in 6B gezeigt, kann das Treiberelement 616 zusätzliche Eingaben und Ausgaben aufweisen, zum Beispiel eine Auslösereingabe 630, und einen Anschluss 632 als Beispiel mit dem Source-Knoten des GaN-FET gekoppelt.
Wie in 6B gezeigt, kann die lichtemittierende Vorrichtung 600b zusätzliche Komponenten aufweisen. Die lichtemittierende Vorrichtung 600b kann einen Widerstand 634 und einen Induktor 636 in Reihe mit dem Kondensator 606 gekoppelt aufweisen. Die lichtemittierende Vorrichtung 600b kann einen Induktor 638 in Reihe mit dem Spannungssteuerungselement 608, veranschaulichend zwischen dem Spannungssteuerungselement 608 und der Eingabe des Umschaltelements 604, gekoppelt aufweisen. Die lichtemittierende Vorrichtung 600b kann eine Diode 640 (D6) und einen Widerstand 642 (R9) in Reihe mit der zweiten Spannungsversorgung 628, veranschaulichend zwischen der zweiten Spannungsversorgung 628 und dem Treiberelement 616, gekoppelt aufweisen. Die lichtemittierende Vorrichtung 600b kann einen Kondensator 644 (C14), einen Widerstand 646 (R10) und einen Induktor 648 zwischen dem Treiberelement 616 und dem Steuerungsknoten (z.B. der Source-Knoten) des Umschaltelements 604 gekoppelt aufweisen.
7A und 7B zeigen jeweils einen jeweiligen Graphen 700a, 700b einer Treiberspannung, die bei der Eingabe eines Umschaltelements in einer Konfiguration, die die hierin beschriebene Strategie nicht implementiert (7A), und in einer Konfiguration, die die hierin beschriebene Strategie implementiert (7B), bereitgestellt sind, und den entsprechend erzeugten Laserpuls.
Wie in dem Graph 700a in 7A gezeigt, wird, ohne die hierin beschriebene Strategie zu implementieren, eine niedrige oder relativ niedrigere Treiberspannung verwendet (z.B. 6 V), was zu einem langsameren Anstieg der Eingabespannung 702 bei einem Umschaltelement und dazu führt, dass ein emittierter Puls 704 eine relativ niedrigere Amplitude (z.B. eine relativ niedrigeren Maximalstrom, z.B. 160 A) und eine relativ größere Pulsbreite (z.B. 6,4 ns) verglichen mit dem unten in Bezug auf 7B beschriebenen Puls aufweist.
Wie in dem Graph 700b in 7B gezeigt, kann, indem die hierin beschriebene Strategie implementiert wird, z.B. indem eine hohe oder relativ höhere Treiberspannung (z.B. 18 V) in Kombination mit dem Spannungssteuerungselement bereitgestellt wird (z.B. mit einem Kondensator, der eine Kapazität von 1 nF aufweist), ein Laserpuls mit verbesserten Eigenschaften emittiert werden. In Vergleich zu der Eingabespannung 702 in 7A weist die Eingabespannung 706 bei einem Umschaltelement einen steileren Anstieg (eine steiler ansteigende Flanke) auf und ein emittierter Laserpuls 708 weist eine größere Amplitude (z.B. einen größeren Maximalstrom, z.B. 180 A) und eine schmalere Weite (z.B. 5,5 ns) auf. Der steilere Anstieg der Spannung stellt ein schnelleres Laden der Gate-Kapazität bereit.
Im Folgenden werden unterschiedliche Aspekte dieser Offenbarung veranschaulicht.
Beispiel 1 ist eine lichtemittierende Vorrichtung, aufweisend: eine Lichtquelle; ein Umschaltelement, das eine damit verknüpfte Eingabekapazität aufweist, wobei das Umschaltelement konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Laden der Eingabekapazität zu steuern; ein Spannungssteuerungselement, das mit dem Umschaltelement und mit einem Spannungsversorgungsknoten gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement eine zweite damit verknüpfte Kapazität aufweist, wobei das Spannungssteuerungselement und eine Eingabe des Umschaltelements miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass das Spannungssteuerungselement und die Eingabe des Umschaltelements einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement, das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist und wobei eine Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional ferner aufweisen, dass die Eingabe des Umschaltelements und das Spannungssteuerungselement auf solche Weise miteinander gekoppelt sind, dass ein erster Abschnitt der Treiberspannung bei der Eingabe des Umschaltelements bereitgestellt ist und ein zweiter Abschnitt der Treiberspannung über das Spannungssteuerungselement abfällt und dass eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität ist.
Eine Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität und eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt wie folgt sein können.
In manchen Aspekten, in dem Fall, dass das Treiberelement konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten gleich zweimal der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements bereitzustellen, können die Eingabekapazität und die zweite Kapazität gleich zueinander sein. In dieser Konfiguration können der erste Abschnitt der Treiberspannung, der bei dem Umschaltelement bereitgestellt ist, und der zweite Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement abfällt, gleich zueinander sein.
In manchen Aspekten, in dem Fall, dass das Treiberelement konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten größer als zweimal der maximal zulässigen Eingabespannung bereitzustellen, kann die zweite Kapazität niedriger als die Eingabekapazität sein (z.B. kann die Eingabekapazität mindestens 1,5-mal größer als die zweite Kapazität, oder mindestens zweimal größer, oder mindestens dreimal größer oder mindestens fünfmal größer sein). In dieser Konfiguration kann der zweite Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement abfällt, größer als der erste Abschnitt der Treiberspannung sein, der bei dem Umschaltelement bereitgestellt ist.
In manchen Aspekten ist das Treiberelement konfiguriert, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, die niedriger als zweimal die maximal zulässige Eingabespannung ist, wobei die zweite Kapazität größer als die Eingabekapazität sein kann (z.B. kann die zweite Kapazität mindestens 1,5-mal größer als die Eingabekapazität sein, oder mindestens zweimal größer, oder mindestens dreimal größer oder mindestens fünfmal größer). In dieser Konfiguration kann der zweite Abschnitt der Treiberspannung, der über das Spannungssteuerungselement abfällt, niedriger als der erste Abschnitt der Treiberspannung sein, der bei dem Umschaltelement bereitgestellt ist.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 1 oder 2 optional weiter aufweisen, dass das Spannungssteuerungselement derart konfiguriert ist, dass die zweite Kapazität vollständig geladen wird, in dem Fall, dass der erste Abschnitt der Treiberspannung, der bei der Eingabe des Umschaltelements bereitgestellt ist, im Wesentlichen gleich der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements ist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 3 optional weiter aufweisen, dass ein Verhältnis der Eingabekapazität zu der zweiten Kapazität proportional (in manchen Aspekten annähernd gleich) zu einem Verhältnis der Treiberspannung, die von dem Treiberelement bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitgestellt ist, zu der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements ist. In manchen Aspekten kann ein Verhältnis der Eingabekapazität zu der zweiten Kapazität annähernd gleich einem Verhältnis eines Unterschieds zwischen der Treiberspannung, die von dem Treiberelement bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitgestellt ist, und der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements zu der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements sein.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 4 optional ferner aufweisen, dass das Treiberelement konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Versorgungsknoten bereitzustellen, die mindestens 1,5-mal größer als die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist. In manchen Aspekten kann die Treiberspannung mindestens zweimal größer als die maximal zulässige Eingabespannung sein, oder mindestens dreimal größer als die maximal zulässige Eingabespannung oder mindestens fünfmal größer als die maximal zulässige Eingabespannung.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 5 optional ferner aufweisen, dass die Eingabe des Umschaltelements und das Spannungssteuerungselement in Reihe miteinander gekoppelt sind.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 6 optional ferner aufweisen, dass ein absoluter Wert der Treiberspannung in der Spanne von 5 V bis 25 V ist. In manchen Aspekten kann der absolute Wert der Treiberspannung in der Spanne von 10 V bis 20 V sein. In manchen Aspekten kann der absolute Wert der Treiberspannung größer als 5 V sein, oder größer als 10 V, oder größer als 12 V oder größer als 15 V.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 7 optional ferner aufweisen, dass ein absoluter Wert der maximal zulässigen Eingabespannung gleich oder kleiner als 6 V ist. In manchen Aspekten kann der absolute Wert der maximal zulässigen Eingabespannung in der Spanne von 2 V bis 15 V sein, zum Beispiel in der Spanne von 4 V bis 8 V. In manchen Aspekten kann der absolute Wert der maximal zulässigen Eingabespannung gleich oder kleiner als 10 V sein, zum Beispiel kleiner als 8 V.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 8 optional ferner aufweisen, dass das Umschaltelement einen zweiten Steuerungsknoten, einen dritten Steuerungsknoten und einen ersten Steuerungsknoten, um ein elektrisches Verhalten des zweiten Steuerungsknotens und des dritten Steuerungsknotens zu steuern, aufweist.
In manchen Aspekten kann das Spannungssteuerungselement mit dem ersten Steuerungsknoten des Umschaltelements gekoppelt sein.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand von Beispiel 9 optional ferner aufweisen, dass die Eingabekapazität eine Kapazität ist, die mit dem ersten Steuerungsknoten des Umschaltelements verknüpft ist.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 9 oder 10 optional ferner aufweisen, dass einer der zweiten Steuerungsknoten oder des dritten Steuerungsknotens des Umschaltelements mit der Lichtquelle und mit dem Treiberelement gekoppelt ist.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand von einem von Beispielen 9 bis 11 optional ferner aufweisen, dass das Umschaltelement konfiguriert ist, in einem ersten Zustand einen Stromfluss zwischen dem zweiten Steuerungsknoten und dem dritten Steuerungsknoten zu verhindern, dass das Umschaltelement konfiguriert ist, in einem zweiten Zustand einen Stromfluss zwischen dem zweiten Steuerungsknoten und dem dritten Steuerungsknoten zu erlauben, und dass das Umschaltelement konfiguriert ist, von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Übereinstimmung mit dem Laden der Eingabekapazität umzuschalten.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 12 optional ferner aufweisen, dass das Umschaltelement einen Halbleitertransistor aufweist.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand von Beispiel 13 optional ferner aufweisen, dass der Halbleitertransistor mindestens einen Feldeffekttransistor oder einen isolierten Bipolartransistor aufweist.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional ferner aufweisen, dass der Feldeffekttransistor mindestens einen von einem Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor oder einem Galliumnitrid-Feldeffekttransistor aufweist.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 13 bis 15 optional ferner aufweisen, dass das Treiberelement konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Versorgungsknoten größer als eine Schwellenspannung des Halbleitertransistors bereitzustellen. Mittels Beispiels kann die Treiberspannung mindestens 1,5-mal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors sein, zum Beispiel mindestens zweimal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors, zum Beispiel mindestens fünfmal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors, zum Beispiel mindestens zehnmal größer als die Schwellenspannung des Halbleitertransistors.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand von Beispiel 9 und eines beliebigen der Beispiele 13 bis 16 optional ferner aufweisen, dass der erste Steuerungsknoten ein Gate-Knoten ist und dass die Eingabekapazität des Umschaltelements eine Gate-Kapazität des Halbleitertransistors ist.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 9 und eines beliebigen der Beispiele 13 bis 17 optional ferner aufweisen, dass der zweite Steuerungsknoten eines von einem Source/Drain-Knoten des Feldeffekttransistors ist und dass der dritte Steuerungsknoten ein anderer eines Source/Drain-Knoten des Halbleitertransistors ist.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 18 optional ferner aufweisen, dass die Eingabekapazität des Umschaltelements eine Gate-Kapazität des Feldeffekttransistors ist, wobei die Gate-Kapazität eine Kombination einer Gate-Source-Kapazität und einer Gate-Drain-Kapazität des Halbleitertransistors ist.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand von Beispiel 18 oder 19 optional ferner aufweisen, dass die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements eine maximal zulässige Gate-Source-Spannung des Halbleitertransistors ist.
In Beispiel 21 kann der Gegenstand von Beispiel 2 und einem beliebigen der Beispiele 18 bis 20 optional ferner aufweisen, dass der erste Abschnitt der Treiberspannung, der bei der Eingabe des Umschaltelements bereitgestellt ist, eine Gate-Source-Spannung des Halbleitertransistors ist.
In Beispiel 22 kann der Gegenstand von einem beliebigen der Beispiele 1 bis 21 optional ferner aufweisen, dass das Spannungssteuerungselement einen Kondensator aufweist und dass die zweite mit dem Spannungssteuerungselement verknüpfte Kapazität, eine Kapazität des Kondensators ist oder aufweist.
In Beispiel 23 kann der Gegenstand von Beispiel 22 optional ferner aufweisen, dass die zweite Kapazität in der Spanne von etwa 0,5 nF bis etwa 5 nF ist.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand von Beispiel 22 oder 23 optional ferner aufweisen, dass das Spannungssteuerungselement ferner ein resistives Element aufweist, das konfiguriert ist, einen Entladungspfad für die Eingabekapazität des Umschaltelements bereitzustellen.
In Beispiel 25 kann der Gegenstand von Beispiel 24 optional ferner aufweisen, dass das resistive Element und der Kondensator parallel miteinander gekoppelt sind.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand von Beispiel 24 oder 25 optional ferner aufweisen, dass das resistive Element eine Diode oder einen Widerstand aufweist.
In Beispiel 27 kann der Gegenstand von einem beliebigen Der Beispiele 1 bis 27 optional ferner aufweisen, dass die Lichtquelle eine oder mehrere lichtemittierende Dioden aufweist.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand von Beispiel 27 optional ferner aufweisen, dass die eine oder mehreren lichtemittierenden Dioden parallel miteinander gekoppelt sind.
In Beispiel 29 kann der Gegenstand von Beispiel 27 oder 28 optional ferner aufweisen, dass die Lichtquelle eine oder mehrere Laserdioden aufweist.
In Beispiel 30 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 29 optional ferner aufweisen, dass die lichtemittierende Vorrichtung ferner ein Ladungsspeicherelement aufweist und dass das Umschaltelement konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle zu steuern, indem eine Entladung des Ladungsspeicherelements gesteuert wird.
In Beispiel 31 kann der Gegenstand von Beispiel 30 optional ferner aufweisen, dass die Lichtquelle konfiguriert ist, einen Lichtpuls bei Empfang eines Strompulses, der von dem Entladen des Ladungsspeicherelements bereitgestellt ist, zu emittieren.
In Beispiel 32 kann der Gegenstand von Beispiel 30 oder 31 optional ferner aufweisen, dass das Ladungsspeicherelements einen Kondensator aufweist.
In Beispiel 33 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 32 optional ferner aufweisen, dass das Treiberelement einen Hochseitentreiber aufweist.
In Beispiel 34 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 33 optional ferner aufweisen, dass das Treiberelement mit einer ersten Spannungsversorgung und mit einer zweiten Spannungsversorgung gekoppelt ist, die erste Spannungsversorgung konfiguriert ist, eine erste Versorgungsspannung für einen Logikbetrieb des Treiberelements bereitzustellen, die zweite Spannungsversorgung konfiguriert ist, eine zweite Versorgungsspannung zum Bereitstellen der Treiberspannung bereitzustellen.
In Beispiel 35 kann der Gegenstand von Beispiel 34 optional ferner aufweisen, dass die erste Versorgungsspannung niedriger als die zweite Versorgungsspannung ist.
In Beispiel 36 kann der Gegenstand von Beispiel 34 oder 35 optional ferner aufweisen, dass die erste Versorgungsspannung in der Spanne von etwa 2 V bis etwa 6 V ist und die zweite Versorgungsspannung in der Spanne von etwa 5 V bis etwa 25 V ist.
In Beispiel 37 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 36 optional ferner aufweisen, dass die Lichtquelle mehrere Lichtquellen aufweist und dass das Umschaltelement konfiguriert ist, einen Stromfluss zu jeder Lichtquelle der mehreren Lichtquellen zu steuern.
In Beispiel 38 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 36 optional ferner aufweisen, dass die Lichtquelle mehrere Lichtquellen aufweist, dass das Umschaltelement mehrere Umschaltelemente aufweist, wobei jedes jeweiligen einer oder mehreren Lichtquellen der mehreren Lichtquellen zugewiesen ist, und dass das Spannungssteuerungselement mehrere Spannungssteuerungselemente aufweist, wobei jedes einem jeweiligen Spannungselement der mehreren Umschaltelemente zugewiesen ist.
In Beispiel 39 kann der Gegenstand von Beispiel 38 optional ferner aufweisen, dass das Treiberelement mehrere Treiberelemente aufweist, wobei jedes jeweiligen einen oder mehreren Umschaltelementen der mehreren Umschaltelemente zugewiesen ist.
Beispiel 40 ist ein LIDAR-System, das eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen gemäß einem beliebigen der Beispiele 1 bis 39 aufweist.
Beispiel 41 ist eine lichtemittierende Vorrichtung, aufweisend: eine Lichtquelle; ein Umschaltelement, das einen Eingabeknoten aufweist, wobei das Umschaltelement konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle in Übereinstimmung mit einer Eingabespannung zu steuern, die bei dem Eingabeknoten bereitgestellt ist; ein Spannungssteuerungselement, das mit einem Spannungsversorgungsknoten und mit dem Eingabeknoten gekoppelt ist; und ein Treiberelement, das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist, wobei das Spannungssteuerungselement und der Eingabeknoten miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass ein erster Abschnitt der Treiberspannung bei dem Eingabeknoten als Eingabespannung bereitgestellt ist und ein zweiter Abschnitt der Treiberspannung über das Spannungssteuerungselement abfällt, wobei eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
Beispiel 42 ist eine lichtemittierende Vorrichtung, aufweisend: eine Lichtquelle; einen Halbleitertransistor, der eine damit verknüpfte Gate-Kapazität aufweist, wobei der Halbleitertransistor konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Laden der Gate-Kapazität zu steuern; ein passives Netzwerk, das mit dem Halbleitertransistor und mit einem Spannungsversorgungsknoten gekoppelt ist, wobei das passive Netzwerk und der Halbleitertransistor miteinander gekoppelt sind, um einen kapazitiven Spannungsteiler zu bilden, wobei das passive Netzwerk einen Kondensator aufweist, der eine zweite Kapazität aufweist; und einen Hochseitentreiber, der konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Gate-Source-Spannung des Halbleitertransistors ist, wobei eine Beziehung zwischen der Gate-Kapazität und der zweiten Kapazität in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Gate-Source-Spannung ist.
In Beispiel 43 kann der Gegenstand von Beispiel 42 optional ferner aufweisen, dass das passive Netzwerk und der Halbleitertransistor miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass ein erster Abschnitt der Treiberspannung über den Halbleitertransistor als Gate-Source-Spannung abfällt und ein zweiter Abschnitt der Treiberspannung über das passive Netzwerk abfällt und dass eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Gate-Source-Spannung ist (z.B. in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Gate-Kapazität und der zweiten Kapazität).
Beispiel 44 ist eine Treiberanordnung zum Antreiben einer Lichtquelle, wobei die Treiberanordnung aufweist: ein Umschaltelement, das einen zweiten Steuerungsknoten, einen dritten Steuerungsknoten und einen ersten Steuerungsknoten, um ein elektrisches Verhalten des zweiten Steuerungsknotens und des dritten Steuerungsknotens zu steuern, aufweist; ein Spannungssteuerungselement, das mit einem Spannungsversorgungsknoten und mit dem Umschaltelement bei dem ersten Steuerungsknoten gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement und das Umschaltelement miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass das Spannungssteuerungselement und das Umschaltelement einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement, das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements ist und wobei eine Beziehung zwischen einer Kapazität, die mit dem Spannungssteuerungselement verknüpft ist, und einer Kapazität, die mit dem Umschaltelement verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
Während unterschiedliche Implementierungen insbesondere in Bezug auf spezifische Aspekte gezeigt und beschrieben wurden, sollten Fachkundige verstehen, dass unterschiedliche Änderungen in Form und Detail darin vorgenommen werden können, ohne von dem Wesen und Umfang wie durch die angehängten Ansprüche definiert abzuweichen. Der Umfang ist daher von den angehängten Ansprüchen angezeigt und alle Änderungen, die in den Sinn und Bereich von Äquivalenz der Ansprüche fallen, sind deshalb angedacht mit eingeschlossen zu sein.
Bezugszeichenliste

100a: Lichtemittierende Vorrichtung
100b: Lichtemittierende Vorrichtung
100c: Lichtemittierende Vorrichtung
102: Laserdioden
102-1: Erste Laserdiode
102-2: Zweite Laserdiode
102-3: Dritte Laserdiode
102-4: Vierte Laserdiode
104: Kondensator
106: Halbleitertransistoren
106-1: Erster Halbleitertransistor
106-2: Zweiter Halbleitertransistor
106-3: Dritter Halbleitertransistor
106-4: Vierter Halbleitertransistor
108: Hochseitentreiber
108-1: Erster Hochseitentreiber
108-2: Zweiter Hochseitentreiber
108-3: Dritter Hochseitentreiber
108-4: Vierter Hochseitentreiber
120: Graph
122: Spannungspuls
124: Graph
126: Spannungspuls
128: Graph
130: Spannungspuls
132: Graph
134: Spannungspuls
200: Lichtemittierende Vorrichtung
202: Lichtquelle
204: Umschaltelement
206-1: Erster Steuerungsknoten
206-2: Zweiter Steuerungsknoten
206-3: Dritter Steuerungsknoten
208: Stromerzeugungselement
210: Treiberelement
212: Spannungsversorgungsknoten
214: Spannungssteuerungselement
220: Treiberanordnung
300: Umschaltelement
302-1: Erster Steuerungsknoten
302-2: Zweiter Steuerungsknoten
302-3: Dritter Steuerungsknoten
400: Treiberelement
402: Ausgabeknoten
404-1: Erste Spannungsversorgung
404-2: Zweite Spannungsversorgung
500: Spannungssteuerungselement
500a: Spannungssteuerungselement
500b: Spannungssteuerungselement
502: Kapazitives Element
504: Resistives Element
506: Kondensator
508: Widerstand
510: Kondensator
512: Diode
600a: Lichtemittierende Vorrichtung
600b: Lichtemittierende Vorrichtung
602: Lichtquelle
602-1: Erster Laserdiode
602-2: Zweite Laserdiode
602-3: Dritte Laserdiode
602-4: Vierte Laserdiode
604: Umschaltelement
606: Ladungsspeicherelement
608: Spannungssteuerungselement
610: Kondensator
612: Diode
614: Treiberelement
616: Treiberelement
618: Spannungsversorgungsknoten
620: Spannungsversorgungsknoten
622: Erste Spannungsversorgung
624: Zweite Spannungsversorgung
626: Erste Spannungsversorgung
628: Zweite Spannungsversorgung
630: Auslöser
632: Anschluss
634: Widerstand
636: Induktor
638: Induktor
640: Diode
642: Widerstand
644: Kondensator
646: Widerstand
648: Induktor
700a: Graph
700b: Graph
702: Eingabespannung
704: Laserpuls
706: Eingabespannung
708: Laserpuls

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung (200), aufweisend: eine Lichtquelle (202); ein Umschaltelement (204, 300), das eine damit verknüpfte Eingabekapazität aufweist, wobei das Umschaltelement (204, 300) konfiguriert ist, einen Stromfluss zu der Lichtquelle (202) in Übereinstimmung mit einem Laden der Eingabekapazität zu steuern; ein Spannungssteuerungselement (208, 500), das mit dem Umschaltelement (204, 300) und mit einem Spannungsversorgungsknoten (212) gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) eine zweite damit verknüpfte Kapazität aufweist, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) und eine Eingabe (206-1, 302-1) des Umschaltelements (204, 300) miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass das Spannungssteuerungselement (208, 500) und die Eingabe (206-1, 302-1) des Umschaltelements (204, 300) einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement (210, 400), das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten (212) bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements (204, 300) ist, und wobei eine Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 1, wobei die Eingabe (206-1, 302-1) des Umschaltelements (204, 300) und das Spannungssteuerungselement (208, 500) miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass ein erster Abschnitt der Treiberspannung bei der Eingabe (206-1, 302-1) des Umschaltelements (204, 300) bereitgestellt ist und ein zweiter Abschnitt der Treiberspannung über das Spannungssteuerungselement (208, 500) abfällt, wobei eine Beziehung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Eingabekapazität und der zweiten Kapazität ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis der Eingabekapazität zu der zweiten Kapazität proportional zu einem Verhältnis der Treiberspannung, die von dem Treiberelement (210, 400) bei dem Spannungsversorgungsknoten (212) bereitgestellt ist, zu der maximal zulässigen Eingabespannung des Umschaltelements (204, 300) ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Treiberelement (210, 400) konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Versorgungsknoten mindestens 1,5-mal größer als die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements (204, 300) bereitzustellen.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein absoluter Wert der Treiberspannung in der Spanne von 5 V bis 25 V ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Umschaltelement (204, 300) einen Halbleitertransistor aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 6, wobei die Eingabe (206-1, 302-1) des Umschaltelements (204, 300) ein Gate-Knoten ist und wobei die Eingabekapazität des Umschaltelements (204, 300) eine Gate-Kapazität des Halbleitertransistors ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements (204, 300) eine maximal zulässige Gate-Source-Spannung des Halbleitertransistors ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) einen Kondensator (506, 510) aufweist und wobei die zweite Kapazität, die mit dem Spannungssteuerungselement (208, 500) verknüpft ist, eine Kapazität des Kondensators (506, 510) aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 9, wobei die zweite Kapazität in der Spanne von etwa 0,5 nF bis etwa 5 nF ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) ferner ein resistives Element (504) aufweist, das konfiguriert ist, einen Entladungspfad für die Eingabekapazität des Umschaltelements (204, 300) bereitzustellen.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Treiberelement (210, 400) mit einer ersten Spannungsversorgung (404-1) und mit einer zweiten Spannungsversorgung (404-2) gekoppelt ist, wobei die erste Spannungsversorgung (404-1) konfiguriert ist, eine erste Versorgungsspannung für einen Logikbetrieb des Treiberelements (210, 400) bereitzustellen, wobei die zweite Spannungsversorgung (404-2) konfiguriert ist, eine zweite Versorgungsspannung bereitzustellen, um die Treiberspannung bereitzustellen.
Lichtemittierende Vorrichtung (200) nach Anspruch 12, wobei die erste Versorgungsspannung in der Spanne von etwa 2 V bis etwa 6 V ist und die zweite Versorgungsspannung in der Spanne von etwa 5 V bis etwa 25 V ist.
LIDAR-System, aufweisend eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Treiberanordnung (220) zum Antreiben einer Lichtquelle, wobei die Treiberanordnung (220) aufweist: ein Umschaltelement (204, 300), das einen zweiten Steuerungsknoten (206-2, 302-2), einen dritten Steuerungsknoten (206-3, 302-3) und einen ersten Steuerungsknoten (206-1, 302-1), um ein elektrisches Verhalten des zweiten Steuerungsknotens (206-2, 302-2) und des dritten Steuerungsknotens (206-3, 302-3) zu steuern, aufweist; ein Spannungssteuerungselement (208, 500), das mit einem Spannungsversorgungsknoten (212) und mit dem Umschaltelement (204, 300) bei dem ersten Steuerungsknoten (206-1, 302-1) gekoppelt ist, wobei das Spannungssteuerungselement (208, 500) und das Umschaltelement (204, 300) miteinander auf solche Weise gekoppelt sind, dass das Spannungssteuerungselement (208, 500) und das Umschaltelement (204, 300) einen kapazitiven Spannungsteiler bilden; und ein Treiberelement (210, 400), das konfiguriert ist, eine Treiberspannung bei dem Spannungsversorgungsknoten (212) bereitzustellen, wobei die Treiberspannung größer als eine maximal zulässige Eingabespannung des Umschaltelements (204, 300) ist, wobei eine Beziehung zwischen einer Kapazität, die mit dem Spannungssteuerungselement (208, 500) verknüpft ist, und einer Kapazität, die mit dem Umschaltelement (204, 300) verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der Treiberspannung und der maximal zulässigen Eingabespannung ist.