CN114185052A - 激光发射驱动电路及激光雷达 - Google Patents

Abstract

激光发射驱动电路及激光雷达，其中，所述驱动电路包括：驱动控制模块，被配置为接收输入的脉冲信号和数字控制信号，并且输出控制电平信号；其中，所述数字控制信号用于调节所述驱动控制模块输出的控制电平信号的大小，并且所述脉冲信号用于控制所述驱动控制模块是否输出所述控制电平信号；以及驱动模块，与所述驱动控制模块以及电源连接，用于基于所述控制电平信号向发光装置提供驱动电流，以驱动所述发光装置发光；镜像反馈模块，与所述驱动控制模块连接，被配置为提供调节所述驱动控制模块的输出的闭环反馈信号，以抵消因所述驱动模块随温度漂移而使流过所述发光装置的驱动电流的产生的波动。上述方案可以提高对激光发射光强的控制精度。

Description

激光发射驱动电路及激光雷达

技术领域

本说明书实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种激光发射驱动电路及激光雷达。

背景技术

随着人工智能技术的快速发展，自动驾驶、人脸识别、3D拍照等应用场景逐渐成熟。激光雷达作为一种重要的立体成像感应装置，成为这些应用方向得以实施落地的基本条件。

激光雷达的工作原理是向目标发射探测信号(激光束或者光信号)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射的探测信号进行比较，作适当处理后，就可以获得目标的距离、方位等测量信息。

发光装置是整个激光雷达的重要组成部分。在激光测距雷达的应用中，为实现更高测距精度、更远探测距离、更高扫描速率，需要发光装置产生前沿快、峰值功率高、脉宽窄的激光脉冲信号，用作探测信号。激光脉冲信号前沿快，时间误差小，则等效距离误差小；峰值功率高，能量衰减到0的距离越长，脉冲宽度(简称“脉宽”)窄，则在相同时间间隔内，可以连续发射的激光脉冲数量越多。为了确保对于远、中、近距离探测均不会出现饱和失真，要求激光器的发光能量能够在较宽的范围内动态调节，例如，可以在远距离时发射能量大的脉冲信号，可以在近距离时发射能量小的脉冲信号。

由于激光光源本身的性能一般足够优良，完全可以满足前沿快、峰值功率高、脉宽窄的要求，因此，对于激光雷达输出的激光脉冲的信号质量的主要影响因素为激光雷达的驱动电路的性能。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种激光发射驱动电路及激光雷达，以提高对激光发射光强的控制精度。

本说明书实施例提供了一种激光发射驱动电路，所述驱动电路包括：

驱动控制模块，被配置为接收输入的脉冲信号和数字控制信号，并且输出控制电平信号；其中，所述数字控制信号用于调节所述驱动控制模块输出的控制电平信号的大小，并且所述脉冲信号用于控制所述驱动控制模块是否输出所述控制电平信号；以及

驱动模块，与所述驱动控制模块以及电源连接，用于基于所述控制电平信号向发光装置提供驱动电流，以驱动所述发光装置发光；

镜像反馈模块，与所述驱动控制模块连接，被配置为提供调节所述驱动控制模块的输出的闭环反馈信号，以抵消因所述驱动模块随温度漂移而使流过所述发光装置的驱动电流的产生的波动。

可选地，所述驱动控制模块，包括数模转换单元及稳压单元；

所述数模转换单元，适于将所述数字控制信号转换为模拟电压信号，输入至所述稳压单元；

所述稳压单元，适于接收所述模拟电压信号及所述闭环反馈信号，输出稳压信号；

所述镜像反馈模块的输入端为输出所述稳压信号的端口，所述镜像反馈模块的输出端耦接于所述稳压单元的输入端，所述镜像反馈模块包括：所述驱动模块和所述发光装置的镜像结构。

可选地，所述驱动控制模块还包括开关单元，其中：

所述稳压单元，其与所述开关单元耦接，适于根据所述稳压信号对输入至所述开关单元的控制端的脉冲信号进行稳压操作；

所述开关单元，适于接收经所述稳压单元稳压后的所述脉冲信号，根据所述脉冲信号确定是否导通所述驱动模块的电源、所述开关单元与地的通路，且在导通时将所述控制电平信号提供给所述驱动模块。

可选地，所述发光装置包括：激光器；所述驱动模块包括：第一晶体管，其中：

所述第一晶体管的控制极与所述驱动控制模块连接，所述第一晶体管的第一极与所述驱动模块的电源连接，所述第一晶体管的第二极与所述激光器的阳极连接；

所述驱动控制模块还包括：第一电平移位器，其与所述开关单元、所述第一晶体管的控制极以及所述驱动模块的电源连接，适于提供压降，并基于所述开关单元输出的脉冲信号的峰值电平输出所述控制电平信号，控制所述第一晶体管的开闭。

可选地，所述镜像反馈模块包括：第一电阻、第二晶体管和第二电平移位器，其中：

第一电阻，与所述激光器构成镜像结构；

第二晶体管，与所述第一晶体管构成镜像结构，其中，所述第二晶体管的第一极与预设的参考电源连接，所述第二晶体管的第二极与所述第一电阻连接；

所述第二电平移位器，与所述第一电平移位器构成镜像结构，其中，所述第二电平移位器，其与所述稳压单元、所述第二晶体管的控制极以及所述参考电源连接，适于提供压降，并基于所述稳压单元传递的控制电平信号控制所述第二晶体管的开闭。

可选地，所述第一电平移位器包括：第三晶体管和第二电阻，其中：所述第三晶体管的控制极与所述开关单元的输出端连接，所述第三晶体管的第一极通过所述第二电阻连接至所述驱动模块的电源，以及连接至所述第一晶体管的控制极；

所述第二电平移位器包括：第四晶体管和第三电阻，其中：所述第四晶体管的控制极与所述稳压单元的输出端连接，所述第四晶体管的第一极通过所述第三电阻连接至所述预设的参考电源，以及连接至所述第二晶体管的控制极，所述第四晶体管的第二极接地；

其中，所述第一电阻与所述激光器导通电阻的阻值、所述第三电阻与所述第二电阻的阻值、所述第二晶体管与所述第一晶体管的跨导、所述第四晶体管和所述第三晶体管的跨导设置，使得所述第二晶体管及所述第一晶体管的控制端电压差相同。

可选地，所述第三电阻为可调电阻，适于基于所述稳压信号的电压进行调节。

可选地，所述发光装置包括激光器；

所述驱动模块包括：第五晶体管，其中，所述第五晶体管的第一极与所述激光器的阴极连接，所述第五晶体管的第二极与地连接；

所述镜像反馈模块包括：第六晶体管和第一电阻，其中，所述第一电阻，与所述激光器构成镜像结构；所述第六晶体管的第一极和所述第一电阻耦接，第六晶体管的第一极和第二极还与所述稳压单元的反相输入端连接，所述第六晶体管的控制极与所述稳压单元的输出端连接。

可选地，所述驱动控制模块的电压控制端至所述驱动模块和所述发光装置之间的器件与所述镜像反馈模块各对应器件的参数比不小于100。

可选地，所述稳压单元包括：

运算放大器，其同相输入端适于输入所述模拟电压信号，其反相输入端与所述镜像反馈模块的输出端连接，其电压输出端与所述开关单元连接，适于输出所述稳压信号；和/或

所述驱动控制模块还包括：

窄脉冲产生器，与所述开关单元耦接，适于基于所述脉冲信号生成第一窄脉冲，所述第一窄脉冲的脉宽小于所述输入的脉冲信号的脉宽。

本说明书实施例还提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：

控制器、多个发光装置，以及多个驱动装置，其中：

所述驱动装置包含前述任一实施例所述的激光发射驱动电路；

所述多个发光装置分别与对应的驱动装置耦接，适于在所述激光发射驱动电路的驱动下发光；

控制器，适于分别与所述多个驱动装置耦接，适于输出脉冲信号和数字控制信号至所述激光发射驱动电路，以驱动对应的发光装置发光。

采用本说明书实施例中的激光发射驱动电路，通过镜像反馈模块提供调节所述驱动控制模块输出的闭环反馈信号，可以抵消因所述驱动模块随温度漂移而使流过所述发光装置的驱动电流产生的波动，因此所述驱动装置可以基于所述驱动控制模块提供的控制电平信号，稳定而准确地产生驱动电流，以驱动所述发光装置发光，因此可以提高对发光装置光强的控制精度。

进一步地，所述镜像反馈模块与所述驱动模块共用驱动控制模块，具体地，其输入端耦接于稳压单元的输出端，其输出端耦接于稳压单元的输入端，而稳压模块可以用于稳定脉冲信号的峰值，进而稳定控制驱动模块的控制端电压，且由于所述镜像反馈模块包括所述驱动模块和所述发光装置的镜像结构，以及所述驱动模块和所述发光装置之间的镜像连接，因此温度变化对驱动模块的影响均可以在镜像反馈模块的对应位置的器件中反映出来，通过所述稳压单元的输出端和将反馈信号输入回稳压单元，可以构成负反馈环路，进而可以使所述驱动模块输出的驱动电流得到稳定的控制，因此可以实现对发光装置光强的精确控制。

进一步地，由于所述驱动控制模块的稳压信号输出端至所述驱动模块和所述发光装置的器件与所述镜像反馈模块各对应器件的参数比不小于100，因此所述镜像反馈模块所带来的直流功耗远小于所述驱动控制模块所带来的静态功耗，因此对发光装置的发光通路的正常工作造成的影响极其微小，故对包含所述激光发射驱动电路的激光雷达等高精度测量装置的精确测量不会造成影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了一种激光发射驱动电路的结构示意图；

图2A和图2B分别示出了另一种激光发射驱动电路的功能模块结构图和实例电路图；

图3示出了图2B所述实例电路对应不同温度的驱动电流变化波形；

图4示出了本说明书实施例中一种激光雷达的结构示意图；

图5示出了本说明书实施例中一种激光发射驱动电路的结构示意图；

图6示出了本说明书一些实施例中激光发射驱动电路的功能模块结构图；

图7示出了图6所示的激光发射驱动电路的一种实例电路图；

图8示出了图6所示的激光发射驱动电路的另一种实例电路图；

图9示出了本说明书另一些实施例中激光发射驱动电路的一种实例电路图；

图10示出了图7所示实例电路对应的电压波形图；

图11示出了图7所示示例中Vsg电压波形与第一晶体管漏极输出电流波形之间的关系；

图12示出了图8所示示例电路中不同第三电阻对应的驱动电流波形；

图13示出了图7所示示例电路对应不同温度的驱动电流变化波形。

具体实施方式

如背景技术所述，对于激光雷达输出的激光脉冲的信号质量的主要影响因素为激光雷达的激光发射驱动电路的性能。然而，发明人对现有的激光发射驱动电路进行研究发现，目前的驱动电路方案仍有诸多问题。

参照图1所示的一种激光发射驱动电路的结构示意图，其中，驱动电路10包括一个功率场效应晶体管(Power FET)，脉冲驱动信号Vin经由栅极驱动器11输入Power FET的栅极，Power FET的源极接地，漏极与激光器LD相连。可以通过控制驱动电路的脉冲驱动信号Vin的脉宽或电源电压HV来改变流过激光器LD的电流，从而改变发光能量值。具体地，每个脉冲驱动信号Vin的脉宽对应于激光器LD的发光时长，当脉冲驱动信号Vin从低电平变为高电平时，Power FET可打开，从而在电容C_HV、激光器LD、Power FET及地(GND)之间形成放电通路，激光器LD开始发光。

脉冲驱动信号Vin的脉宽变宽会限制激光器发出的相邻多脉冲之间的间隔，增加测量的死区时间，无法实现较高的重复频率。发光的能量等于发光功率乘以时间宽度，发光功率与输入激光器LD的电流成正比，因此改变输入的脉冲驱动信号Vin的脉宽可以等比例改变发光能量。在激光器LD和Power FET的导通阻抗为定值时，改变电源电压HV则可以改变流入激光器LD的电流，从而实现发光能量的改变。

因此，在如图1所示的驱动电路中，如果希望提高激光器LD的光强，可以1)提高脉冲驱动信号Vin的脉宽；或者2)提高电源电压HV。然而，对于1)，提高脉冲驱动信号Vin的脉宽会导致光信号输出脉冲变宽，而脉冲变宽则限制了相邻脉冲之间的间隔，增加了测量的死区时间，无法实现较高的重复频率。并且，由于输出激光脉冲的峰值功率电流并没有变化，对应于非饱和失真的探测距离并没有变化，因此无法同时实现远中近的非饱和失真探测。而对于2)电源电压HV是由一个升压电路产生，需要通过控制升压电路提高HV，会使得升压电路的切换速率较低，从而造成两次调节之间需要留有较长的稳定时间，也会让系统控制较为复杂。

针对上述问题，现有技术提出了一些激光发射驱动电路，如图2A和图2B分别示出的另一种激光发射驱动电路的功能模块结构图和实例电路图。

首以下结合图2A和图2B，通过完成一次激光脉冲发光过程来说明其原理：输入脉冲信号Vin通过窄脉冲发生器23将脉宽调整为几纳秒量级，然后通过中间级放大链路24放大后输出至末级反相器25，末级反相器25的电源由电压跟随器22提供，而电压跟随器22的输入则来自数模转换器21产生的V_REF，则末级反相器25输出的脉冲高电平峰值稳定的则为V_REF，通过末级反相器25驱动电平移位器26，电平移位器26的输出控制P型功率MOSFET 27的开闭，进而控制半导体激光器28是否发光。具体地，如图2B中，末级反相器25的输出控制场效应晶体管LDNMOS的开闭，一旦场效应晶体管LDNMOS打开，电源HVDD1至电阻R1至场效应晶体管LDNMOS至地(GND)的这一路导通，假如流经这一路的电流为I，则电阻R1上有压降LV，输入到场效应晶体管LDPOS的节点电压为HV(＝HVDD1)-LV(＝HVDD1-I＊R1)，Vsg＝LV＞Vth，场效应晶体管LDPMOS导通，其中Vth为场效应晶体管LDPOS的栅极阈值电压，激光器LD发光；而如果末级反相器25的输出不足以打开场效应晶体管LDPOS，则电源HVDD1至电阻R1至场效应晶体管LDNMOS至地(GND)的这一路不导通，输入到至场效应晶体管LDPMOS的节点电压为HV＝HVDD1，Vsg＝0，小于栅极阈值电压Vth，LDPMOS无法导通，激光器LD不发光。

经研究发现，在如图2A和图2B所示的一些激光发射驱动电路中，难以精准控制激光发射光强。具体而言：

1)例如，难以通过控制模数转换器21输出的电压来准确控制所述激光器的驱动电流，例如，图2B中，电压型DAC 21输出的电压与MOS管LDPMOS的输出电流峰值，不存在准确的对应关系。

2)激光器的驱动电流峰值随温度漂移较大，如图3所示的激光器发某个激光脉冲时对应的驱动电流变化波形，其中，波形b31对应的温度为-40℃，波形b32对应的温度为25℃，波形b33对应的温度为125℃，对比波形b31、波形b32和波形b33这三个波形的峰值可知，驱动电流，即LDPMOS的输出电流存在温度漂移(简称“温漂”)，温度越高，输出电流越小，则对应的激光器的光强越小。

为此，本说明书实施例提供了能够提高驱动电流控制准确性的激光发射驱动电路，以及本说明书实施例的激光发射驱动电路可应用的激光雷达的示例，通过利用输入的脉冲电压信号和数字控制信号来控制提供给发光装置的电压/电流，可以精确地控制发光装置的发光。

其中，在本说明书实施例中，激光雷达可以包括：控制器、多个发光装置，以及多个驱动装置，其中：

所述驱动装置可以包含本说明书实施例所述的激光发射驱动电路；

所述多个发光装置分别与对应的驱动装置耦接，适于在所述激光发射驱动电路的驱动下发光；

控制器，适于分别与所述多个驱动装置耦接，适于输出脉冲信号和数字控制信号至所述激光发射驱动电路，以驱动对应的发光装置发光。以下首先通过一些示例对激光雷达进行简要介绍。

图4示出了一种激光雷达的结构示意图。如图4中所示，本说明书实施例中的激光发射驱动电路可以应用于激光雷达40，具体而言，激光雷达40可以包括本说明书实施例中激光发射驱动电路的驱动装置41，和发光装置42，其中驱动装置41可以为一个或多个，相应地，发光装置42也可以为一个或多个，每个驱动装置41用于驱动相应的发光装置42。驱动装置所包含的激光发射驱动电路的具体构造及工作原理将在后续实施例中结合图5至图13进行详细描述。

每个驱动装置41与电源43相连，并且连接到相应的发光装置42的阳极(即高端侧)，发光装置42的阴极(即低端侧)接地(GND)。电源43向驱动装置41提供电源电压HVDD1。驱动装置41接收脉冲信号Vin和数字控制信号Din，并且产生驱动电流Id以输出给发光装置42，发光装置42将输入的驱动电流Id转化为光能量。激光雷达40还可以包括一个控制单元44，其与驱动装置41相连，可以根据测距需求为每个驱动装置41产生各自的脉冲信号Vin和数字控制信号Din，从而可以依次轮巡选通各个发光装置42发光，也可以选择部分发光装置42同时发光。发光方式可以具体根据探测需求而定，此处不做限定。也就是说，控制单元44可以确定需要驱动的发光装置42，并且为该发光装置42的驱动装置41提供相应的脉冲信号Vin和数字控制信号Din。

本领域技术人员可以理解，虽然图4中将每个驱动装置41的输入都显示为Vin和Din，但是取决于不同的测距需求，每个驱动装置41的脉冲信号Vin和数字控制信号Din可以是各不相同的。

这里，脉冲信号Vin是驱动装置41的触发(trigger)信号，其在每次雷达测距(例如每隔1微秒进行扫描)时发出。每个脉冲信号Vin可以包含一个或若干个(如2-4个)窄脉冲，每个窄脉冲的脉宽是几十纳秒，与发光装置42的发光功率成正比。数字控制信号Din是驱动装置10的控制信号，其可以随着测距需求的改变而改变。例如，当环境障碍物具有高反射率表面时，可以降低其数值，而当环境障碍物具有低反射率表面时，可以升高其数值。

此外，虽然图4中将驱动装置41和发光装置42显示为一一对应的，但是本领域技术人员可以理解，根据实际情况，一个驱动装置41可以驱动多个发光装置42。

发光装置42例如可以是边缘发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)或垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等。

在具体实施中，继续参照图4，一个或多个驱动装置41可以封装在一个芯片4A上，一个或多个发光装置42可以封装在另一个芯片4B上，芯片4A和芯片4B可以共用同一电源43。

本领域技术人员可以理解，这里为了简洁起见略去了激光雷达40的其他部分，如接收器等。

本说明书实施例的激光发射驱动电路也可以应用于阴极驱动的激光器中，激光器阴极驱动的激光雷达与图4的不同之处在于，驱动装置耦接于发光装置的阴极与地(GND)之间连接，发光装置的阳极与电源连接，此处不再赘述。

图5示出了本说明书实施例中一种激光发射驱动电路的结构示意图，其中，激光发射驱动电路50可以包括驱动控制模块51、驱动模块52和镜像反馈模块53。其中：所述驱动控制模块51，其被配置为接收输入的脉冲信号Vin和数字控制信号Din，并且输出控制电平信号Vx；其中，所述数字控制信号Din用于调节所述驱动控制模块51输出的控制电平信号Vx的大小，并且所述脉冲信号Vin用于控制所述驱动控制模块51是否可以输出所述控制电平信号Vx(当然Vx是一直有一定数值信号输出的，此处的输出表示足以导通驱动模块的控制电平信号Vx的输出，当驱动模块不导通时，Vx＝HVDD1；当驱动控制模块导通时，Vx＜HVDD1)。另外，数字控制信号Din可以稳定脉冲信号Vin的峰值，脉冲信号Vin的峰值会影响控制电平信号Vx的大小。

所述驱动模块52，其与所述驱动控制模块51以及电源HVDD1连接，用于基于所述控制电平信号Vx向发光装置提供驱动电流Id，以驱动所述发光装置5A发光；

镜像反馈模块53，其被配置为提供调节所述驱动控制模块50的输出的闭环反馈信号Vf，以抵消因所述驱动模块52随温度漂移而使流过所述发光装置(如激光器)5A的驱动电流的产生的波动。

采用本说明书实施例中的激光发射驱动电路，通过镜像反馈模块提供调节所述驱动控制模块输出的闭环反馈信号，可以抵消因所述驱动模块随温度漂移而使流过所述发光装置的驱动电流产生的波动，因此所述驱动装置可以基于所述驱动控制模块提供的控制电平信号，稳定而准确地产生驱动电流，以驱动所述发光装置发光，因此可以提高对发光装置光强的控制精度。

在本说明书一些实施例中，参照图5和图6，所述驱动控制模块51可以包括基于所述数字控制信号Din输出对应控制电压的控制电压端VA，所述控制电压端VA输出的控制电压适于调节所述驱动控制模块51输出的控制电平信号的大小，所述镜像反馈模块53耦接于所述驱动控制模块51的电压控制端VA(也是稳压单元A2的输出端，电压VA可以称为稳压信号)，具体地，镜像反馈模块53的输入端为稳压单元A2输出所述稳压信号VA的端口，所述镜像反馈模块的输出端53耦接于所述稳压单元A2的输入端。换言之，镜像反馈模块53与驱动模块6B共用驱动控制模块51，镜像反馈模块53通过闭环控制稳压单元A2输出的稳压信号VA，来相应控制驱动控制模块51输入至驱动模块的控制电平。所述镜像反馈模块53可以包括：所述驱动模块52和所述发光装置5A的镜像结构，以及所述驱动控制模块51的电压控制端VA至所述发光装置5A之间连接的镜像结构。

参照图6所示的本说明书一些实施例中激光发射驱动电路的功能模块结构图，其中，激光发射驱动电路60包括：驱动控制模块6A和驱动模块6B。

更具体地，所述驱动控制模块6A，可以包括数模转换单元A1、稳压单元A2、开关单元A3，其中：

所述数模转换单元A1，可以将所述数字控制信号转换为模拟电压信号；

所述稳压单元A2，其与所述数模转换单元A1所述开关单元A3连接，可以接收所述模拟电压信号及所述闭环反馈信号，输出稳压信号，且根据所述稳压信号对输入至所述开关单元的控制端的脉冲信号进行稳压操作，也就是稳定脉冲信号的峰值；

所述开关单元A3，适于接收经所述稳压单元稳压后的所述脉冲信号，根据所述脉冲信号确定是否导通所述驱动模块的电源、所述开关单元与地的通路，且在导通时将所述控制电平信号提供给所述驱动模块6B。

继续参照图6，本说明书实施例可适用于发光装置中包含激光器的情况，如图6所示的发光装置6C中，采用阳极驱动的半导体激光器U6。对应这种发光装置，在本说明书一些实施例中，所述驱动模块包括6B包括：第一晶体管U5，其中：

所述第一晶体管U5的控制极与所述驱动控制模块连接，所述第一晶体管的第一极与所述驱动模块的电源连接，所述第一晶体管的第二极与所述半导体激光器U6的阳极连接；

如图6所示，所述驱动控制模块6A还包括第一电平移位器U4，其与所述开关单元A3、所述第一晶体管U5的控制极以及所述驱动模块的电源HVDD1连接，适于提供压降，并基于所述开关单元A3输出所述控制电平信号Vx控制所述第一晶体管U5的开闭。

针对上述驱动模块结构方案，可以采用如下的镜像反馈模块方案：

继续参照图6，镜像反馈模块6D包括：第一电阻R1、第二晶体管U8和第二电平移位器U7，其中：

第一电阻R1，与所述半导体激光器U6构成镜像结构；

第二晶体管U8，与所述第一晶体管U5构成镜像结构，其中，所述第二晶体管U8的第一极与预设的参考电源VDD2连接，所述第二晶体管U8的第二极与所述第一电阻R1连接；

所述第二电平移位器U7，与所述第一电平移位器U4构成镜像结构，其中，所述第二电平移位器U7，其与所述稳压单元A2、所述第二晶体管U8的控制极以及所述参考电源VDD2连接，适于提供压降，并基于所述稳压单元A2传递的控制电平信号控制所述第二晶体管U8的开闭。

在本说明书一些实施例中，参照图7所示的激光发射驱动电路的一种实例电路图，其中，所述第一电平移位器U4可以包括：第三晶体管M3和第二电阻R2，其中：所述第三晶体管M3的控制极与所述开关单元A2的输出端连接，所述第三晶体管M3的第一极通过所述第二电阻R2连接至所述驱动模块的电源HVDD1，以及连接至所述第一晶体管LDP1的控制极；

相应地，与所述第一电平移位器U4呈镜像结构的所述第二电平移位器U7包括：第四晶体管M4和第三电阻R3，其中：所述第四晶体管M4的控制极与所述稳压单元的输出端VA连接，所述第四晶体管M4的第一极通过所述第三电阻R3连接至所述参考电源VDD2，以及连接至所述第二晶体管LDP2的控制极，所述第四晶体管M4的第二极接地(GND)。

在具体实施中，本说明书实施例中的晶体管，如第一晶体管LDP1、第二晶体管LDP2、第三晶体管M3、第四晶体管M4等可以采用场效应晶体管、晶闸管等晶体管，若采用场效应晶体管，具体可以为P沟道场效应晶体管，如P型功率MOSFET，也可以为N沟道场效应晶体管，如N型功率MOSFET，如图7所示的实例电路图中，第一晶体管LDP1采用P型功率MOSFET，基于镜像结构，第二晶体管与第一晶体管结构相同，因此第二晶体管LDP2也采用P型功率MOSFET；又如，第四晶体管结构与第三晶体管结构相同，比如，二者均采用N沟道的场效应晶体管M3和M4。

在具体实施中，为实现精准的镜像结构，所述驱动控制模块的电压控制端至所述驱动模块、所述发光装置之间的器件与所述镜像反馈模块各对应器件的参数比需要满足合适的比例关系，使得镜像结构和主体驱动电路工作在相似的工作条件。

具体地，所述第一电阻R1与所述激光器LD的导通电阻的阻值，所述第三电阻R3与所述第二电阻R2的阻值，所述第四晶体管和所述第三晶体管的跨导所述第二晶体管LDP2与所述第一晶体管LDP1的跨导均呈预设比例关系。换言之，第一晶体管LDP1输出的电流I1P的近似公式：I1P＝gm*(Vsg-Vthp)＝V_f/R1*q＝V_f/R1*R2/R3，其中gm是第一晶体管LDP1的跨导，Vsg是第一晶体管LDP1的源极及栅极的电压差(也叫做第一晶体管LDP1的控制端电压差)，Vthp是第一晶体管LDP1的阈值电压，V_f＝VA(稳压单元U1的输出电压)。在工作中，Vthp会随温度变化，为保持输出电流I1P的峰值不变，需要保证电压差(Vsg-Vthp)不变，因此本申请通过U7、U8、U9的闭环，以及所述第三电阻R3与所述第二电阻R2的阻值，所述第四晶体管和所述第三晶体管的跨导所述第二晶体管LDP2与所述第一晶体管LDP1的跨导这些参数的选取设置，可以实时自动反馈稳压单元U1的输出电压VA，使得流经第二晶体管LDP2的电流I2P不变，进而控制I1P近似不变，从而实现对第一晶体管LDP1温漂效应的补偿。

在本说明书一些实施例中，如图5所示，所述驱动控制模块51的电压控制端VA至所述驱动模块52和所述发光装置53之间的器件与所述镜像反馈模块53各对应器件的参数比不小于100。即p＞100。在具体实施中，p取值范围可以在100～1000之间。可以理解的是，以上取值范围仅为示例，p具体取值也可以大于1000。

由于所述驱动控制模块的电压控制端至所述驱动模块和所述发光装置的器件与所述镜像反馈模块各对应器件的参数比不小于100，因此所述镜像反馈模块所带来的直流功耗远小于所述驱动控制模块所带来的静态功耗，因此对发光装置的发光通路的正常工作造成的影响极其微小，故对包含所述激光发射驱动电路的激光雷达等高精度测量装置的精确测量不会造成影响。

在具体实施中，参照图5、图6和图7，所述稳压单元U1可以包括：运算放大器AMP。

其中，运算放大器AMP，其同相输入端(+)适于输入所述模拟电压信号，其反相输入端(-)与所述镜像反馈模块6D的输出端(也是提供反馈信号的端口)连接，其电压输出端，通过末级反相器U3与所述开关单元A3连接，还作为镜像反馈模块6D的信号输入端，适于输出所述稳压信号。镜像反馈模块53与驱动模块6B共用驱动控制模块51，镜像反馈模块53通过闭环控制稳压单元A2，让其输出稳压信号VA，来相应控制驱动控制模块51输入至驱动模块的控制电平，进而控制流经发光装置的电流。

继续参照图6和图7，所述驱动控制模块6A还可以包括：

窄脉冲产生器U2，与所述开关单元A3耦接，适于基于所述脉冲信号Tr1生成第一窄脉冲，所述第一窄脉冲的脉宽小于所述输入的脉冲信号Tr1的脉宽。

在具体实施中，所述驱动控制模块6A还可以包括：中间级放大链路U10，其包含至少一级放大电路，耦接于所述窄脉冲产生器U2和所述开关单元A3之间，适于对所述第一窄脉冲进行相应级数的信号放大。

在一具体实施例中，所述开关单元A3包括：末级反相器U3，所述反相器U3包括供电端、输入端和输出端，其中：

所述反相器U3的输入端适于与窄脉冲产生器耦接，以用于输出脉冲信号，所述反相器U3的输入端与所述稳压单元A2的输出端VA连接，输出端与第一电平移位器U4连接。

以下结合图6和图7，以下通过一个激光脉冲的发射说明来说明本说明书实施例中的激光发射驱动电路，实现激光发射的精确控制的原理：

首先，触发信号Tr1沿窄脉冲产生器U2、中间级放大链路U10(其中包含至少一级放大电路)传递至末级反相器U3，之后，通过第一电平移位器U4，可以控制第一晶体管U5通断，这一路径可以称为动态控制路径；与此同时，通过稳压单元U1、第二电平移位器U7、第二晶体管U8、第一电阻R1，至稳压单元U1的反相输入端，形成一条静态控制路径，具体地，可以将第二晶体管LDP2漏极电压引导至稳压单元U1的反相输入端(-)输入，从而构成对稳压单元U1输出的闭环负反馈调节。

通过上述静态控制路径，使得稳压单元U1的输出电压VA受控于第二电平移位器U7、第二晶体管U8、第一电阻R1组成的环路，则：VDAC＝VA＝VR，其中，VR＝I_2P*R1，其中，I_2P表征第二晶体管LDP2漏极的输出电流，R1表征第一电阻R1的阻值，VR表征电阻R1的电压。

另，第二晶体管LDP2的源极和栅极之间的电压差Vsg1＝I_1N*R2，I_1N为流过第四晶体管M4的电流；类似地，第一晶体管LDP1的源极与栅极之间的电压差Vsg1＝I_1N*R2。

在具体实施中，选择第一电平移位器U7中电阻R3与第二电平移位器U4中电阻R2的阻值的比例，使得I_2N＝2I_1N/p，p取值可以为正整数，建议取值100及以上，例如可以在100～1000之间选取，由于p数值较大，因此是从稳压单元U1的输出端分出极小的一部分至第二电平移位器U7，极大的一部分至开关单元U3，进而至第一电平移位器U4，选取R3＝p*R2，其中p取值为整数倍，因此Vsg1＝Vsg2；另选取比例使得第一晶体管LDP1和第二晶体管LDP2的参数比为q，则I_1p＝I_2p*q，其中q取值可以为正整数，建议取值100及以上，例如可以在100～1000之间选取。

请继续参照图7，在第一电平移位器U4中，I_1p＝VR/R1*p，其中，I_1p为激光二极管LD的电流峰值，I_1p在脉冲信号Tr1高电平有效，若预设的参考电源电压VDD2，为减少镜像反馈模块的功耗，参考电源可以采用低压电源，例如5V，p＝R2/R3，此处变量只有电压VR，因此I_1p由第二电平移位器U7、第二晶体管U8、第一电阻R1组成的环路组成的环路决定，或者说，第二电平移位器U7、第二晶体管U8、第一电阻R1组成的环路，可以反映激光二极管LD的电流I_1p的变化情况。

进而，如前所述，第一晶体管LDP1会存在温漂，电压型DAC输出的电压和第一晶体管LDP1输出的电流I_1p峰值的对应关系，是会随着温度而变动的，进而稳压单元输出端电压VR也会发生波动。

同时，根据VDAC＝VA＝VR，由于电压跟随器U1是一个闭环的自调节器件，会通过闭环系统不断趋向于调节VR至V_DAC，而如图6和图7所示，V_DAC是一个由数模转换器U0处的数字化输入信号Din输入决策，可精确控制，因此最终第一晶体管U5的输出电流I_1p，即半导体激光器U6的驱动电流可趋于稳定地被控制，因而可以精确地控制激光器的光强。

综上，在上述实施例中，可以通过对所述第一电阻R1与所述激光器LD导通电阻的阻值、所述第三电阻R3与所述第二电阻R2的阻值、所述第二晶体管LDP2与所述第一晶体管LDP1的跨导、所述第四晶体管M4和所述第三晶体管M3的跨导设置，使得所述第二晶体管LDP2及所述第一晶体管LDP1的控制端电压差相同。

此外，由于比值p取值较大，第二电平移位器U7、第二晶体管U8和第一电阻R1所带来的直流功耗仅为整个稳压模块所带来的静态功耗的1/1000左右，因此，第二电平移位器U7、第二晶体管U8和第一电阻R1引入的静态功耗不大，使得对激光发射通路的影响很小，保证激光器的正常工作。

为更好地理解本说明书激光发射驱动电路的工作原理，可以参照图10所示的电压波形图，图10展示了当有一个脉冲信号输入时图7所示示例电路多个关键节点的电压波形，其中：横轴为时间轴，单位为纳秒，纵轴为时间，波形b01示出了输入的脉冲信号Tr1的电压波形；波形b02为第一晶体管LDP1的栅极波形，波形b03示出了第三晶体管M3的漏极电压波形；波形b04示出了电源HVDD1的电压波形图即第一晶体管LDP1的源极电压波形；波形b05示出了半导体激光器LD输出端电压波形；波形b06为模数转换器U0输出端的电压波形和R1正端的电压波形；波形b07示出了稳压单元U1输出端电压波形。

另根据前述实施例的推导过程可知，第二晶体管LDP2的源极与漏极之间的电压差Vsg2＝I_2N*R2，而I_2N＝gm_M2*V_LDO，其中，gm是跨导，标识栅源极电压差与漏极电流的关系，因此改变R3可以改变运算放大器的输出电压。第四晶体管M2与第一晶体管LDP1之间的跨导成比例，成比例的器件的电压差相同，但漏极输出的电流成比例，请参照图11所示的Vsg电压波形b11与第一晶体管漏极输出电流波形b12之间的关系，可以明显看出，二者成线性的比例关系。

由上推导过程及图11所展示的Vsg电压波形b11与第一晶体管漏极输出电流波形b12之间的关系可知，通过调节第三电阻R3的阻值，可以得到不同的输出电流值，因此可以设置第三电阻R3的阻值，进而通过调节所述第三电阻的阻值，可以相应地调节激光器的光强。

图8示出了包含所述可调节的第三电阻的激光发射驱动装置的结构示意图，与图7不同之处在于，第三电阻R3为可调电阻，在具体实施中，可以基于输入的数字控制信号Din2进行调节，所述数字控制信号Din2可与所述稳压信号的电压相关，从而可以基于所述稳压信号的电压调节所述第三电阻R3的阻值，在具体实施中，可以采用权电阻网络型DAC将所述数字控制信号Din2转换为对应的阻值。如图12示出的图8所示示例电路中不同第三电阻对应的驱动电流波形，其中，横轴为时间，纵轴为激光器的驱动电流，波形b21、波形b22、波形b23和波形b24依次对应第三电阻的电阻值为1000Ω、2000Ω、3000Ω和4000Ω，由图12可知，第三电阻R3的阻值越大，可以调节激光器的驱动电流峰值越小。

采用图7所示的激光发射驱动电路，由于其中对温度漂移通过镜像反馈模块进行了补偿，得到的不同温度的驱动电流变化波形如图13所示，其中波形b41、波形b42和波形b43分别为图7所示的激光发射驱动电路在-40℃、25℃和125℃的驱动电流变化波形，将图13和图3进行对比可知，由于温度漂移带来的驱动电流的峰值变化有了显著的减少，经上述波形对应的电流峰值数据进行对比测算，电流峰值随温度漂移的程度由30％(在图3中，从125°～40°，电流的峰值从25A变换至32A，大概涨幅为30％)减小到4％(在图13中，从125°～40°，电流的峰值从26A变换至27A，大概涨幅为4％)。综上波形对比及测试数据对比可知，采用本说明书实施例的激光发射驱动电路，可以实现基于输入的数字控制信号对驱动电流峰值进行精确调节，从而可以提高激光发射光强的精确调节。

更具体地，激光发射驱动电流，即驱动模块的输出电流I_1p的近似公式可以表示为：I_1p＝gm*(Vsg-Vthp)，而驱动模块中场效应晶体管LDP1的栅极阈值电压Vth会随着温度变化，为保持输出电流峰值不变，需保证场效应晶体管LDP1的源栅极压差与栅极阈值电压的压差Vsg-Vthp不变，通过第二电平移位器U7、第二晶体管U8、第一电阻R1组成的环路，可以实时自动反馈调节运算放大器AMP的输出电压VA，使得镜像反馈模块中第一电阻对应的电流I_2p，也即所述第二晶体管LDP2漏极的输出电流保持不变，进而控制驱动电流峰值I_1p保持不变。

前述实施例介绍了发光装置中的激光器为阳极驱动情况下的激光发射驱动电路，需要说明的是，本说明书实施例中的激光发射驱动方案也可以应用于阴极驱动的激光器。

如图9所示的激光发射驱动电路的具体实例电路图，其中，与阳极驱动的激光器的激光发射驱动电路的不同在于，驱动控制模块9A中不包括电平移位器，且驱动模块U11中的晶体管采用N型场效应晶体管，具体如图9所示，所述驱动模块U11包括：第五晶体管LDN1，其中，所述第五晶体管LDN1的第一极与所述激光器LD的阴极连接，所述第五晶体管LDN1的第二极与地连接；

相应地，所述镜像反馈模块U12中也不包括电平移位器，所述镜像反馈模块U12包括：第六晶体管LDN2和第一电阻R1，其中，所述第一电阻R1，与所述激光器LD构成镜像结构；所述第六晶体管LDN2的第一极和所述第一电阻R1耦接，第六晶体管LDN2的第一极和第二极还与所述稳压单元U1的反相输入端(-)连接，所述第六晶体管的控制极与所述稳压单元U1的输出端连接。

在具体实施中，各对应器件的参数可以按照如下比例关系进行设置：

I₁＝p*I₂，为降低直流损耗，p取值可以大于100以上，例如可以在100～1000之间或1000以上选择一个整数作为p值；

另，I₁＝gm1*(VA-Vth)；

I₂＝(VDD2-VR)/R1；

V_DAC＝VR；

(VA-Vth)gm2＝I₂；

gm1＝gm2*p；

其中，VA表示稳压单元输出端电压，I₁表示为第五晶体管LDM1的源极电流，即激光器LD的驱动电流，I₂为第六晶体管的源极电流、gm2为第六晶体管LDM2的跨导，表示第六晶体管LDM2栅源极电压与阈值电压的关系，VDD2为预设的参考电压，VR为第六晶体管LDM2栅源极之间的电压，V_DAC为输入所述稳压单元的正相输入端的输入电压。当Vth随温度(或其他变量，比如工艺误差)变化时，由于VR＝V_DAC，V_DAC不变使得I2随温度不发生变化，通过反馈环路的自动调节使得VA跟随Vth发生变化，VA改变后进而使得I1在驱动脉冲控制下随温度近似保持不变。

虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种激光发射驱动电路，其特征在于，包括：

驱动控制模块，被配置为接收输入的脉冲信号和数字控制信号，并且输出控制电平信号；其中，所述数字控制信号用于调节所述驱动控制模块输出的控制电平信号的大小，并且所述脉冲信号用于控制所述驱动控制模块是否输出所述控制电平信号；以及

驱动模块，与所述驱动控制模块以及电源连接，用于基于所述控制电平信号向发光装置提供驱动电流，以驱动所述发光装置发光；

镜像反馈模块，与所述驱动控制模块连接，被配置为提供调节所述驱动控制模块的输出的闭环反馈信号，以抵消因所述驱动模块随温度漂移而使流过所述发光装置的驱动电流的产生的波动。

2.根据权利要求1所述的激光发射驱动电路，其特征在于，

所述驱动控制模块，包括数模转换单元及稳压单元；

所述数模转换单元，适于将所述数字控制信号转换为模拟电压信号，输入至所述稳压单元；

所述稳压单元，适于接收所述模拟电压信号及所述闭环反馈信号，输出稳压信号；

所述镜像反馈模块的输入端为输出所述稳压信号的端口，所述镜像反馈模块的输出端耦接于所述稳压单元的输入端，所述镜像反馈模块包括：所述驱动模块和所述发光装置的镜像结构。

3.根据权利要求2所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述驱动控制模块，还包括开关单元，其中：

所述稳压单元，其与所述开关单元耦接，适于根据所述稳压信号对输入至所述开关单元的控制端的脉冲信号进行稳压操作；

所述开关单元，适于接收经所述稳压单元稳压后的所述脉冲信号，根据所述脉冲信号确定是否导通所述驱动模块的电源、所述开关单元与地的通路，且在导通时将所述控制电平信号提供给所述驱动模块。

4.根据权利要求3所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述发光装置包括：激光器；所述驱动模块包括：第一晶体管，其中：

所述第一晶体管的控制极与所述驱动控制模块连接，所述第一晶体管的第一极与所述驱动模块的电源连接，所述第一晶体管的第二极与所述激光器的阳极连接；

所述驱动控制模块还包括：第一电平移位器，其与所述开关单元、所述第一晶体管的控制极以及所述驱动模块的电源连接，适于提供压降，并基于所述开关单元输出的脉冲信号的峰值电平输出所述控制电平信号，控制所述第一晶体管的开闭。

5.根据权利要求4所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述镜像反馈模块包括：第一电阻、第二晶体管和第二电平移位器，其中：

第一电阻，与所述激光器构成镜像结构；

第二晶体管，与所述第一晶体管构成镜像结构，其中，所述第二晶体管的第一极与预设的参考电源连接，所述第二晶体管的第二极与所述第一电阻连接；

所述第二电平移位器，与所述第一电平移位器构成镜像结构，其中，所述第二电平移位器，其与所述稳压单元、所述第二晶体管的控制极以及所述参考电源连接，适于提供压降，并基于所述稳压单元传递的控制电平信号控制所述第二晶体管的开闭。

6.根据权利要求5所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述第一电平移位器包括：第三晶体管和第二电阻，其中：所述第三晶体管的控制极与所述开关单元的输出端连接，所述第三晶体管的第一极通过所述第二电阻连接至所述驱动模块的电源，以及连接至所述第一晶体管的控制极；

所述第二电平移位器包括：第四晶体管和第三电阻，其中：所述第四晶体管的控制极与所述稳压单元的输出端连接，所述第四晶体管的第一极通过所述第三电阻连接至所述预设的参考电源，以及连接至所述第二晶体管的控制极，所述第四晶体管的第二极接地；

其中，所述第一电阻与所述激光器导通电阻的阻值、所述第三电阻与所述第二电阻的阻值、所述第二晶体管与所述第一晶体管的跨导、所述第四晶体管和所述第三晶体管的跨导设置，使得所述第二晶体管及所述第一晶体管的控制端电压差相同。

7.根据权利要求6所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述第三电阻为可调电阻，适于基于所述稳压信号的电压进行调节。

8.根据权利要求3所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述发光装置包括激光器；

所述驱动模块包括：第五晶体管，其中，所述第五晶体管的第一极与所述激光器的阴极连接，所述第五晶体管的第二极与地连接；

所述镜像反馈模块包括：第六晶体管和第一电阻，其中，所述第一电阻，与所述激光器构成镜像结构；所述第六晶体管的第一极和所述第一电阻耦接，第六晶体管的第一极和第二极还与所述稳压单元的反相输入端连接，所述第六晶体管的控制极与所述稳压单元的输出端连接。

9.根据权利要求2至8任一项所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述驱动控制模块的电压控制端至所述驱动模块和所述发光装置之间的器件与所述镜像反馈模块各对应器件的参数比不小于100。

10.根据权利要求3所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述稳压单元包括：

运算放大器，其同相输入端适于输入所述模拟电压信号，其反相输入端与所述镜像反馈模块的输出端连接，其电压输出端与所述开关单元连接，适于输出所述稳压信号；和/或

所述驱动控制模块还包括：

窄脉冲产生器，与所述开关单元耦接，适于基于所述脉冲信号生成第一窄脉冲，所述第一窄脉冲的脉宽小于所述输入的脉冲信号的脉宽。

11.一种激光雷达，其特征在于，包括：

控制器、多个发光装置，以及多个驱动装置，其中：

所述驱动装置包含权利要求1至10任一项所述的激光发射驱动电路；

所述多个发光装置分别与对应的驱动装置耦接，适于在所述激光发射驱动电路的驱动下发光；

控制器，适于分别与所述多个驱动装置耦接，适于输出脉冲信号和数字控制信号至所述激光发射驱动电路，以驱动对应的发光装置发光。

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