[发明专利]用于驱动激光二极管的电路和方法

说明书

本文中描述了用于驱动激光二极管的驱动器电路和方法。根据第一示例性实施方式，驱动器电路包括：连接至输出节点的第一电子开关，该输出节点被配置成可操作地连接至激光二极管。第一电子开关与输出节点之间的电连接具有第一电感。该驱动器电路还包括旁路电路，该旁路电路耦接至输出节点并且被配置成当被激活时接收经由第一电子开关提供至输出节点的电流，从而使第一电感磁化。

技术领域

本公开总体涉及用于激光二极管的驱动器电路的领域，并且具体涉及允许产生用于激光雷达(LIDAR)系统的短激光脉冲的驱动器电路。

背景技术

光探测和光测距(LIDAR)涉及一种通过用脉冲激光照射目标来测量到物体(称为目标)的距离的测量方法，其中距离信息可以由从光源行进到目标并返回到检测器的光脉冲的飞行时间(TOF)获得。该飞行时间有时也被称为往返延迟时间(RTDT)；测量的距离基本上是RTDT和光速之间的乘积。例如，在所谓的飞行时间相机(TOF相机)中使用LIDAR，其允许将深度信息映射到单个像素并同时将整个场景捕获在TOF相机的视野内。与此相反，扫描LIDAR通过用例如诸如微扫描器(也称为微扫描镜)等反射镜而使激光偏转来逐点扫描场景。

到达检测器的反射光脉冲的辐照度(每单位面积的功率)随着目标距离的增加而减小。为了达到高达数十或数百米的测量范围，所发射的激光的辐射功率(以及因此激光二极管的电功率)相当高。然而，为了确保激光脉冲对于站在附近的人的眼睛无害，激光脉冲必须相当短以限制激光脉冲的辐射能量。对于矩形脉冲(随时间变化的功率)，脉冲能量将与脉冲宽度和功率的乘积成比例。在一个实际的示例中，在脉冲宽度在1ns至100ns的范围内的情形下，激光脉冲的峰值功率可以高达80W或更高。为了产生这种短脉冲，用于驱动激光二极管的驱动器电子器件应当能够以极短的上升和下降时间来切换激光二极管的负载电流。

发明内容

本文描述了用于驱动激光二极管的驱动器电路。根据第一示例性实施方式，驱动器电路包括：连接至输出节点的第一电子开关，该输出节点被配置成可操作地连接至激光二极管。第一电子开关与输出节点之间的电连接具有第一电感。所述驱动器电路还包括旁路电路，所述旁路电路被耦接至所述输出节点并且被配置成当被激活时接收经由第一电子开关提供至输出节点的电流，从而使第一电感磁化。

根据第二示例性实施方式，所述驱动器电路包括形成H桥的第一晶体管半桥和第二晶体管半桥，所述H桥具有第一输出节点和第二输出节点，所述第一输出节点和第二输出节点被配置成在其间可操作地耦接激光二极管。每个晶体管半桥由高侧晶体管和低侧晶体管组成。控制电路被配置成在预充电阶段中接通第一晶体管半桥和第二晶体管半桥的高侧晶体管和低侧晶体管以使与高侧晶体管和低侧晶体管串联耦接的任何电感磁化。控制电路被配置成在斜升阶段关断第一晶体管半桥的低侧晶体管和第二晶体管半桥的高侧晶体管，从而将通过第一晶体管半桥的高侧晶体管和第二晶体管半桥的低侧晶体管并通过与第一晶体管半桥的高侧晶体管和第二晶体管半桥的低侧晶体管串联耦接的电感的电流经由第一输出节点和第二输出节点引导通过激光二极管。

此外，本文描述了用于驱动激光二极管的方法。根据一个示例性实施方式，该方法包括将第一电流经由第一电子开关引导至可操作地耦接至激光二极管的输出节点。从而，使在第一电子开关和输出节点之间的有效的第一电感被磁化。该方法还包括通过激活旁路电路使第一电流从输出节点引出。从而，使激光二极管被旁路。此外，该方法包括通过去激活旁路电路经由输出节点将第一电流引导至激光二极管。

附图说明

参照以下描述和附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部分。在附图中：

图1示出了(图1中的(a))激光二极管和用于切换激光二极管的电子开关的电路图，以及(图1中的(b))对应的芯片封装的示意图。

图2示出了包括寄生电感的激光二极管封装的电气等效电路。