CN109417273B - 生成信号脉冲以用于操作发光二极管的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种生成信号脉冲以用于操作发光二极管(20)的驱动电路(10)包括将发光二极管(20)连接至该驱动电路(10)的外部端子(LEDK、LEDA)。在驱动电路(10)的第一操作状态/预充电状态中，第一可控开关电路(100)将电容器(300)的第一侧(301)连接至基准电位(Vref)，并且第二可控开关(200)将电容器(300)的第二侧(302)连接至供电和接地电位(VDD、VSS)之一。在驱动电路(10)的第二操作状态中，第一可控开关电路(100)将电容器(300)的第一侧(301)连接至所述供电和接地电位(VDD、VSS)之一，并且第二可控开关(200)将电容器(300)的第二侧(302)连接至外部端子(LEDK、LEDA)以提供信号脉冲用于操作发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种生成信号脉冲以用于操作发光二极管、例如激光二极管的驱动电路。本发明进一步涉及一种提供光脉冲、特别是激光二极管的多个超短光脉冲的装置。
背景技术
发光二极管、特别是激光二极管的光脉冲的生成可以由驱动电路控制，所述驱动电路生成施加到发光二极管的驱动电流。如果驱动电流高于被驱动二极管的激光阈值，则发光二极管生成光信号。
对于飞行时间测量系统而言，可以使用必须发出非常短的高功率激光脉冲的激光二极管。脉冲长度越短，就能够越准确地确定发送和接收脉冲之间的时间。为了测量例如1cm的距离，大约57ps的定时精度是必要的。为了实现这种分辨率，必须要对多次测量的结果进行平均。如果激光二极管能够被控制以发出具有较短脉冲宽度的脉冲，则可以发出较少的脉冲并且在较短时间内得到所要求的准确度。功耗和总测量时间与激光脉冲的数量成比例，从而这二者也由于具有较短的脉冲宽度而减小。
使激光二极管具有较短脉冲的另一好处则涉及眼睛的安全。如果可以生成具有短宽度的激光脉冲，则可以允许在不对人眼造成任何伤害的情况下发送具有较高幅度的脉冲。关于飞行时间测量，具有高幅度的激光脉冲能够用来测量长的距离。幅度越高，能够测量的最大距离就越长。
期望提供一种生成信号脉冲或多个信号脉冲(例如电流/电压脉冲)以用于操作发光二极管的驱动电路，发光二极管使得能够由该发光二极管生成分别具有高幅度的超短光脉冲或者多个相继的超短光脉冲。进一步期望提供一种提供分别具有超短宽度和高幅度的光脉冲、特别是激光脉冲的装置。
发明内容
本申请公开了一种驱动电路，其生成信号脉冲以用于操作发光二极管、特别是激光二极管，使得激光二极管生成具有高幅度的超短光脉冲。
驱动电路包括将发光二极管连接至驱动电路的外部端子，施加供电和接地电位之一的第一内部节点，施加基准电位的第二内部节点，连接至外部端子的第三内部节点，以及施加供电和接地电位之一的第四内部节点。驱动电路进一步包括提供电荷以在外部端子处生成信号脉冲以用于操作发光二极管的电容器。驱动电路包括第一和第二可控开关电路。
电容器具有耦接至第一可控开关电路的第一侧以及耦接至第二可控开关电路的第二侧。第一可控开关电路被配置为将电容器的第一侧连接至第一内部节点和第二内部节点之一。第二可控开关电路被配置为将电容器的第二侧连接至第三内部节点和第四内部节点之一。
本申请描述了一种提供具有高幅度和超短宽度的光脉冲、特别是激光脉冲的装置的实施例。
装置包括发光二极管以及如上所描述的生成信号脉冲以用于操作发光二极管的驱动电路。发光二极管连接至驱动电路的外部端子。
驱动电路提供了一种用于驱动具有多于50mA的峰值输出电流的超短亚纳秒光/激光脉冲的全集成的单一大范围供电方案。驱动电路使用集成的开关电容器拓扑结构来自举(bootstrapping)发光二极管驱动器输出。
附加的特征和优势在随后的具体实施方式中给出，并且部分附加的特征和优势对于本领域技术人员而言根据说明书是显而易见的或者通过实践书面描述及权利要求以及附图中所描述的实施例而认识到。所要理解的是，前述的整体描述和以下的具体实施方式都仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的本质和特征的概述或框架。
附图说明
包括附图以提供进一步的理解，并且附图结合于该说明书中并构成其一部分。附图图示了一个或更多个实施例，并且连同具体实施方式一起用来解释各个实施例的原则和操作。因此，结合附图从以下的具体实施方式中将更全面地理解本公开，其中：
图1示出了一种提供光脉冲的装置的实施例，其包括根据“共阳极”拓扑结构生成至少一个信号脉冲以用于操作发光二极管的驱动电路。
图2示出了一种提供光脉冲的装置的实施例，其包括根据“共阴极”拓扑结构生成至少一个信号脉冲以用于操作发光二极管的驱动电路。
图3示出了作为根据“共阳极”拓扑结构的用于操作发光二极管的驱动电路的可能实施方式的电路的实施例。
图4图示了出现在根据“共阳极”拓扑结构的电路中的信号的时序图。
图5示出了作为根据“共阳极”拓扑结构的用于操作发光二极管的驱动电路的可能实施方式的电路的另一个实施例。
图6示出了作为根据“共阳极”拓扑结构的用于操作发光二极管的驱动电路的另一种可能实施方式的电路的另一个实施例。
图7示出了作为根据“共阴极”拓扑结构的用于操作发光二极管的驱动电路的可能实施方式的电路的实施例。
图8示出了作为根据“共阴极”拓扑结构的用于操作发光二极管的驱动电路的可能实施方式的电路的另一个实施例。
图9示出了提供光脉冲的装置的实施例，其包括根据“共阳极”拓扑结构的驱动电路和眼安全控制电路。
图10示出了提供光脉冲的装置的实施例，其包括根据“共阳极”拓扑结构的驱动电路和眼安全控制电路，以及提升发光二极管所发射的光功率的电荷泵。
具体实施方式
图1示出了提供光脉冲的装置1的实施例，其包括根据“共阳极”拓扑结构的驱动电路10。驱动电路10被配置为生成信号脉冲SP以用于操作发光二极管。发光二极管优选地可以被体现为激光二极管。驱动电路10包括将发光二极管20连接至驱动电路10的外部端子LEDK。根据图1中所示的“共阳极”拓扑结构，发光二极管连接在驱动电路的外部端子LEDK和供电电位VDD之间。供电电位VDD可以是正供电电压。
驱动电路10进一步包括多个内部节点。驱动电路的第一内部节点IN1被配置为施加接地电位VSS。驱动电路10进一步包括施加基准电位Vref的第二内部节点IN2。基准电位Vref可以处于供电电位VDD和接地电位VSS之间。驱动电路10的第三内部节点IN3连接至外部端子LEDK。驱动电路10进一步包括施加接地电位VSS的第四内部节点IN4。
驱动电路10包括电容器以提供电荷从而在该驱动电路的外部端子LEDK处生成信号脉冲SP以用于操作发光二极管20。驱动电路10进一步包括第一可控开关电路100和第二可控开关电路200。电容器300具有耦接至第一可控开关电路100的第一侧301和耦接至第二可控开关电路200的第二侧302。第一可控开关电路100被配置为将电容器300的第一侧301连接至第一内部节点IN1和第二内部节点IN2之一。第二可控开关电路200被配置为将电容器300的第二侧302连接至第三内部节点IN3和第四内部节点IN4之一。
根据图1中所示的驱动电路10的实施例，驱动电路10能够在第一和第二操作状态下操作。在该驱动电路的第一操作状态中，第一可控开关电路100将电容器300的第一侧301连接至基准电位Vref，并且第二可控开关电路200将电容器300的第二侧302连接至接地电位VSS。在驱动电路10的第二操作状态中，第一可控开关电路100将电容器300的第一侧301连接至接地电位VSS，并且第二可控开关电路200将电容器300的第二侧302连接至外部端子LEDK。
驱动电路10被配置为用于在外部端子LEDK处生成信号脉冲SP的脉冲生成器/电荷泵。电容器300被配置为该驱动电路的飞跨电容器。图1图示了驱动电路10的第一操作状态，其中(飞驰)电容器300被充电至处于供电电位VDD和接地电位VSS之间的基准电位Vref。该驱动电路的第一操作状态是预充电状态。在驱动电路10的第一操作状态中，第一可控开关电路100将电容器300的第一侧301连接至基准电位Vref，并且第二可控开关电路200将电容器300的第二侧302连接至接地电位VSS。
在驱动电路10的第一操作状态/预充电状态期间存储在电容器300中的能量EP为
EP＝Cfly*Vref2/2
其中，Cfly是(飞驰)电容器300的电容。
驱动电路10包括控制电路400，其被配置为提供第一控制信号S1以控制第一可控开关电路100的开关状态，并且提供第二控制信号S2以控制第二可控开关电路200的开关状态。根据驱动电路10的可能实施例，控制电路400可以被配置为同时生成第一控制信号S1和第二控制信号S2。
为了由发光二极管20发出光脉冲，驱动电路10在第二操作状态下操作。在第二操作状态中，控制电路400生成第一控制信号S1和第二控制信号S2，使得电容器300的第一侧301被第一可控开关电路100连接至接地电位VSS。此外，控制电路400生成第二控制信号S2使得电容器300的第二侧302连接至驱动电路10的外部端子LEDK。
在驱动电路10的第一操作状态期间，在外部端子LEDK处下降的电位为VLEDK。在该驱动电路的第二操作状态期间，在第一可控开关电路100和第二可控开关电路200的开关状态下，电容器300立即向外部连接的发光二极管20放电，该发光二极管20例如是连接至外部端子LEDK的激光二极管。当可控开关电路100和200在第二操作状态下被切换时，(飞驰)电容器300变为负放电至电位-VLEDK。在这种情况下，由驱动电路10提供至发光二极管20的总发射能量为
Eout＝Cfly*(Vref+VLEDK)2/2
该总发射能量甚至大于在驱动电路10的第一操作状态/预充电状态期间存储在电容器300中的能量EP。
驱动电路10可以包括向外部端子LEDK提供偏置电流Ibias的电流源500。电流源500被布置在外部端子LEDK和用于施加接地电位VSS的端子之间。生成偏置电流Ibias的电流源500使得能够提供发光二极管的短促启动时间。偏置电流Ibias的电平能够是固定的或者可变的。根据优选实施例，偏置电流Ibias的电平设置在发光二极管300的激光阈电平以下，从而避免了发光二极管在驱动电路的第一操作状态/预充电状态期间进行任何的光传输。
图2示出了提供光脉冲的装置的可替代实施例，其包括适合“共阴极”拓扑结构的驱动电路。根据图1中所示的驱动电路的“共阳极”拓扑结构，发光二极管的阳极连接至供电电位VDD，并且发光二极管20的阴极由驱动电路10驱动。根据图2中所示的驱动电路10的“共阴极”拓扑结构，发光二极管20的阴极连接至接地电位VSS，并且发光二极管20的阳极连接至外部端子LEDA并且因此由驱动电路10驱动。
如图2中所示，驱动电路10包括将发光二极管20连接至驱动电路10的外部端子LEDA。驱动电路10包括施加供电电位VDD、例如正供电电压的第一内部节点IN1。驱动电路10进一步包括施加处于供电电位VDD和接地电位VSS之间的基准电位Vref的第二内部节点IN2。驱动电路10包括连接至外部端子LEDA的第三内部节点IN3以及施加第一供电电位VDD的第四内部节点IN4。
根据图2的驱动电路10的实施例，该驱动电路包括提供电荷以在外部端子LEDA处生成信号脉冲SP以用于操作发光二极管20的电容器300，所述信号脉冲SP例如是电流或电压脉冲。驱动电路10进一步包括第一可控开关电路100和第二可控开关电路200。电容器300具有耦接至第一可控开关电路100的第一侧301以及耦接至第二可控开关电路200的第二侧302。第一可控开关电路100被配置为将电容器300的第一侧301连接至第一内部节点IN1和第二内部节点IN2之一。第二可控开关电路200被配置为将电容器300的第二侧302连接至第三内部节点IN3和第四内部节点IN4之一。
图2的驱动电路10包括控制电路400，控制电路400被配置为提供控制第一可控开关电路100的第一控制信号S1和控制第二可控开关电路200的第二控制信号S2。控制电路400可以被配置为同时生成第一控制信号S1和第二控制信号S2。
图2的驱动电路10能够在第一和第二操作状态下操作。第一操作状态是预充电操作状态。为了在第一操作状态下操作该驱动电路，控制电路400生成控制信号S1和S2，使得第一可控开关电路100将电容器300的第一侧301连接至基准电位Vref并且第二可控开关电路200将电容器300的第二侧302连接至供电电位VDD。图2示出了预充电状态，其中电容器300被充电。
为了向外部端子LEDA提供信号脉冲SP以操作发光二极管20使得该发光二极管发出光脉冲，驱动电路10利用控制电路400切换为第二操作状态。在第二操作状态下，第一可控开关电路100将电容器300的第一侧301连接至供电电位VDD并且第二可控开关电路200将电容器300的第二侧302连接至外部端子LEDA。
为了在第二操作状态下操作驱动电路10，控制电路400生成第一控制信号S1和第二控制信号S2使得电容器300的第一侧301利用第一可控开关电路100连接至供电电位VDD，并且电容器300的第二侧302利用第二可控开关电路200耦接至外部端子LEDA。在切换为第二操作状态之后，电容器300立即向外部连接的发光二极管20放电。由飞跨电容器300在该电容器放电期间所生成的信号脉冲使得发光二极管发出光脉冲。
图2的驱动电路10可以包括向外部端子LEDA提供偏置电流Ibias的电流源500。电流源500被布置在外部端子LEDA和用于施加供电电位VDD的端子之间。偏置电流源500允许实现发光二极管20的短促启动时间。偏置电流的值能够是固定的或者可变的。根据优选实施例，偏置电流Ibias的值设置为在发光二极管20的激光阈值以下，从而确保在驱动电路的第一操作状态期间没有光脉冲被二极管20发出。
根据图1和2中所示的提供光脉冲的装置1的实施例，发光二极管20连接至驱动电路10的外部端子LEDK/LEDA。驱动电路10被配置为电荷泵/脉冲生成器，其中电容器300被配置为在该驱动电路的预充电状态期间被充电至基准电位Vref的飞跨电容器。
图3示出了如图1所示的“共阳极”拓扑结构的驱动电路10的可能实施方式。第一可控开关电路100包括第一可控开关110和第二可控开关120。第一可控开关电路100的第一可控开关110被布置在电容器300的第一侧301和基准电位Vref之间。第一可控开关电路100的第二可控开关120被布置在电容器300的第一侧301和接地电位VSS之间。
第二可控开关电路200包括第一可控开关210和第二可控开关220。第二可控开关电路200的第一可控开关210被布置在电容器300的第二侧302和接地电位VSS之间。第二可控开关电路200的第二可控开关220被布置在电容器300的第二侧302和外部端子LEDK之间。
根据驱动电路10的该“共阳极”拓扑结构，可控开关110、120和210、220体现为晶体管。特别地，可控开关120、210和220分别被配置为NMOS晶体管，并且可控开关110被配置为PMOS晶体管。
根据图3中所示的驱动电路10的实施例，驱动电路10包括将第二可控开关电路200的第一可控开关210的晶体管的体连接部选择性地连接至电容器300的第二侧302和接地电位VSS之一的可控体开关600。该体开关包括可控开关610和620。
在驱动电路10的第一操作状态/预充电状态，可控体开关600被控制为使得第二可控开关电路200的第一可控开关210的晶体管的体连接部连接至接地电位VSS。这意味着可控开关610被转换为非导通状态而可控开关620则被转换为导通状态。在驱动电路10的第二操作状态中，可控体开关600被控制为使得第二可控开关电路200的第一可控开关210的晶体管的体连接部连接至电容器300的第二侧302。为此，可控开关610被转换为导通状态，并且可控开关620被转换为非导通状态。
图4图示了用于控制可控开关/晶体管210的控制信号G1A、用于控制可控开关/晶体管110的控制信号G1B、以及用于控制可控开关120、220的控制信号G2的时序图。图4进一步图示了电容器300的第一侧301处的电位Vcapp和电容器300的第二侧302处的电位Vcapn的时间变化。此外，图4图示了脉冲信号SP的时序图，例如是在驱动电路的第二操作状态中从驱动电路10流向发光二极管20的信号电流SP。控制信号G1a、G1b和G2由栅极驱动器(图中未示出)根据控制信号S1和S2生成。
如图4中所示，控制信号G2的上升沿触发了从(飞驰)电容器300向发光二极管20的电荷传输。此时，可控开关/晶体管120和可控开关/晶体管220通过在它们的栅极上施加具有“高”电平的控制信号G2而被开启。两个开关120和220能够被同时或顺序地开启或关闭。根据驱动电路的可能实施例，两个开关120和220连接至耦接至控制电路400的同一栅极驱动器，并且因此它们被同时开启和关闭。这种配置有助于实现非常小的开启延迟。
当控制信号G2利用上升沿施加于可控开关/晶体管120的栅极连接部以及可控开关/晶体管220的栅极连接部时，电容器300的第一侧301处的电位Vcapp从基准电位Vref下降至接地电位VSS。同时，电容器300的第二侧302处的电位Vcapn临时下降至接地电位VSS以下的水平。当可控开关120和220被切换为导通状态(驱动电路的第二操作状态)时，电容器300立即放电，并且在外部端子LEDK、LEDA处出现例如电流峰的信号脉冲SP。
此时，发光二极管20发出光脉冲，例如激光脉冲。图4示出了用于控制可控开关/晶体管120和220的控制信号G2能够被生成为具有大的脉冲宽度的慢速信号。然而，超短信号脉冲SP出现在驱动电路的外部端子LEDK、LEDA处。
在电容器300放电之后，驱动电路利用控制电路400切换为第一操作状态，在第一操作状态中，电容器300再次被充电至基准电位Vref。为了将驱动电路10切换为第一操作状态，生成具有低电平的控制信号G2并且生成具有高电平的控制信号G1A和G1B。
提供可控体开关600以用于控制可控开关/晶体管210，因为在控制信号G2利用上升沿被施加于晶体管/可控开关120和220的栅极连接部时，该晶体管的漏极电压，即电容器300的第二侧302处的电压电位Vcapn立刻下降至接地电位VSS以下，如图4中所示。此时，当该驱动电路在第二操作状态下操作时，可控开关/晶体管210的体连接部利用可控体开关600连接至其漏极连接部，以避免晶体管210的体二极管正向偏置并且电容器300放电至接地电位VSS。这意味着可控开关610被切换为导通状态，并且可控开关620被切换为非导通状态。
图5和6示出了在可控体开关600的不同可能的实施方式的情况下根据“共阳极”拓扑结构的驱动电路10的若干实施例。图5示出了使用基于比较器的体开关拓扑结构的可控体开关600的实施方式的可能实施例。可控体开关600包括在电容器300的第二侧302和接地电位VSS之间串联连接的第一晶体管610和第二晶体管620。
晶体管610的漏极连接部连接至电容器300的第二侧302。晶体管610的源极连接部连接至晶体管620的漏极连接部。晶体管620的源极连接部连接至接地电位VSS。晶体管610、620以及晶体管210的体连接部一起连接至晶体管610的源极连接部/晶体管620的漏极连接部。
提供了用于控制晶体管610和620的相应栅极连接部的运算放大器630，并且该运算放大器630利用其输入连接部之一连接至电容器300的第二侧302，并且利用另一输入连接部连接至接地电位VSS。反向器640连接在晶体管610和620的栅极连接部之一与运算放大器630的输出连接部之间。
图6示出了驱动电路10的实施例，其中可控开关210被实现为在可控开关210的漏极电压立即下降至接地电位以下的时刻时，即在栅极控制信号G2利用其上升沿施加于晶体管/可控开关120和220的相应栅极连接部时，确保可控开关210的体连接部被连接为使得避免可控开关210的体二极管正向偏置以及飞跨电容器300对地放电。
可控开关210包括在接地电位VSS和电容器300的第二侧302之间串联连接的第一晶体管211和第二晶体管212，使得可控开关210的晶体管211的漏极连接部连接至电容器300的第二侧302，并且可控开关210的第二晶体管212的漏极连接部连接至接地电位VSS。晶体管211和212可以根据NMOS型进行配置。
根据图6中所示的驱动电路10的实施例，可控体开关600和可控开关210体现为串联连接的NMOS晶体管对。晶体管211和212的相应体连接部连接至晶体管211和212的共源极连接部。根据该实施例，经切换的体自动变为偏置到晶体管211和212的两个漏极连接部中的较低电位，并且因此晶体管之一在栅极被拉“低”时始终都以打开状态进行操作。
图7示出了如图2中所示的“共阴极”拓扑结构的驱动电路10的可能实施方式。第一可控开关电路100包括第一可控开关110和第二可控开关120。第一可控开关电路100的第一可控开关110布置在电容器300的第一侧301和基准电位Vref之间。第一可控开关电路100的第二可控开关120布置在电容器300的第一侧301和例如正供电电位的供电电位VDD之间。第二可控开关电路200包括第一可控开关210和第二可控开关220。第二可控开关电路200的第一可控开关210布置在电容器300的第二侧302和供电电位VDD之间。第二可控开关电路200的第二可控开关220布置在电容器300的第二侧302和外部端子LEDA之间。
根据驱动电路10的“共阴极”拓扑结构，可控开关110、120和210、220体现为晶体管。特别地，可控开关120、210和220分别被配置为PMOS晶体管，并且可控开关110被配置为NMOS晶体管。
根据图7中所示的驱动电路10的实施例，驱动电路10包括将可控开关/晶体管210的体连接部选择性地连接至电容器300的第二侧302和供电电位VDD之一的可控体开关600。
在驱动电路10的第一操作状态/预充电状态中，可控体开关600被控制为使得可控开关/晶体管210的体连接部连接至供电电位VDD。在驱动电路10的第二操作状态中，可控体开关600被控制为使得可控开关/晶体管210的体连接部连接至电容器300的第二侧302。
根据图3中所示的“共阳极”拓扑结构的驱动电路10以及根据图7中所示的“共阴极”拓扑结构的驱动电路10分别包括布置在基准电位Vref和电容器300的第一侧301之间的第一电阻器710。当驱动电路被实现为根据如图3中所示的“共阳极”拓扑结构时，驱动电路10进一步包括布置在电容器300的第二侧302和接地电位之间的第二电阻器720。当驱动电路10根据图7的“共阴极”拓扑结构来配置时，第二电阻器720被布置在电容器300的第二侧302与供电电位VDD之间。
对于驱动电路10的基本功能而言，不需要第一电阻器710和第二电阻器720。晶体管能够可选地实施以便实现高脉冲速率频率，因为那些电阻器有助于在第一可控开关电路100和第二可控开关电路200被转换为第二操作状态时对(飞驰)电容器300充电。此外，由于电荷注入，那些电阻器在控制信号G2的下降沿期间减少了电容器300的第二侧302处的负向偏置。
图8示出了根据“共阴极”拓扑结构的驱动电路10的实施例，其中可控开关210包括在供电电位VDD和电容器300的第二侧302之间串联连接的第一晶体管211和第二晶体管212，使得可控开关210的晶体管211的漏极连接部连接至电容器300的第二侧302，并且可控开关210的第二晶体管212的漏极连接部连接至供电电位VDD。晶体管211和212可以根据PMOS型进行配置。
根据图8中所示的驱动电路10的实施例，可控体开关600和可控开关210体现为串联连接的PMOS晶体管对。晶体管211和212的相应体连接部连接至晶体管211和212的共源极连接部。根据该实施例，经切换的体自动变为偏置到晶体管211和212的两个漏极连接部的较高电位，并且因此晶体管之一在栅极被拉“高”时始终都以打开状态进行操作。
驱动电路10由于能够利用标准CMOS工艺实现超短脉冲宽度以及自举电路而提供了被配置为高峰值输出电流SP的信号脉冲。此外，不需要大体积的RF组件。驱动电路允许对存储在(飞驰)电容器300中的脉冲输出能量进行简单且精确的控制。此外，可实现高的脉冲重复率，尤其是高达100MHz的脉冲重复率。驱动电路的特征在于低功耗。特别地，不需要高电流偏置的副本支路。
图9示出了根据驱动电路10的“共阳极”拓扑结构的提供光脉冲以操作发光二极管20的装置1的实施例。驱动电路10包括电荷泵800，电荷泵800包括如图1所示的开关电路100、200以及电容器300。此外，图9的装置1包括控制可控开关40的眼安全控制电路30。在闭合状态下，可控开关40将供电电位VDD连接至外部端子LEDA并且因此连接至发光二极管20。
眼安全控制电路30被配置为监测发光二极管20的操作状态，以在出现故障(即发光二极管20短路至供电电位VDD或接地电位VSS)以及出现发光二极管20的空闲状态的情况下关闭二极管20。如果眼安全控制电路30检测到发光二极管20的这些故障操作状态之一，则可控开关40被控制为从闭合状态切换为开启状态，以切断发光二极管20到供电电位VDD的连接。指示发光二极管的操作状态的状态信号可以由眼安全控制电路30在输出节点A30处输出。在故障的情况下，眼安全控制电路30防止发光二极管长久发光。眼安全控制电路30的设置不限于驱动电路10的“共阳极”拓扑结构，且也能够用于驱动电路10的“共阴极”拓扑结构。
图10示出了提供光脉冲的装置1的另一个实施例。该装置包括图9中所示的组件，并且还包括第二电荷泵50。电荷泵50连接在供电电位VDD和发光二极管20的外部端子LEDA之间。电荷泵50被配置为在外部端子LEDA处提供多倍的供电电位VDD以操作发光二极管20。图10中所示的配置允许提升发光二极管20发射的光功率，并且因此增大飞行时间测量系统的范围。由于电荷泵50已经包括至少一个可控开关以将发光二极管20耦接至供电电位VDD，所以可以省略可控开关40，并且眼控制安全电路30可以控制电荷泵50内的可控开关以在故障情况下使发光二极管与供电电位断开连接。
附图标记列表
1 提供光脉冲的装置
10 驱动电路
20 发光二极管
30 控制电路
40 可控开关
50 电荷泵
100 第一可控开关电路
110、120 第一/第二可控开关
200 第二可控开关电路
210、220 第一/第二可控开关
300 电容器
400 控制电路
500 电流源
600 可控体开关
610、620 可控开关
710、720 电阻器
800 电荷泵
Claims (15)
1.一种生成信号脉冲以用于操作发光二极管的驱动电路，包括：
- 将发光二极管（20）连接至驱动电路（10）的外部端子，
- 施加供电和接地电位之一的第一内部节点，
- 施加基准电位的第二内部节点，
- 连接至所述外部端子的第三内部节点，
- 施加供电和接地电位之一的第四内部节点，
- 提供电荷以在所述外部端子处生成信号脉冲以用于操作所述发光二极管（20）的电容器（300），
- 第一可控开关电路（100）和第二可控开关电路（200），
- 其中，所述电容器（300）具有耦接至所述第一可控开关电路（100）的第一侧（301）以及耦接至所述第二可控开关电路（200）的第二侧（302），
- 其中，所述第一可控开关电路（100）被配置为根据所述第一可控开关电路（100）的开关状态来将所述电容器（300）的第一侧（301）连接至所述第一内部节点和第二内部节点，
- 其中，所述第二可控开关电路（200）被配置为根据所述第二可控开关电路（200）的开关状态来将所述电容器（300）的第二侧（302）连接至所述第三内部节点和第四内部节点。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，
- 其中，所述驱动电路（10）能够在第一操作状态和第二操作状态中操作，
- 其中，在第一操作状态中，所述第一可控开关电路（100）将所述电容器（300）的第一侧（301）连接至所述基准电位，并且所述第二可控开关电路（200）将所述电容器（300）的第二侧（302）连接至供电和接地电位之一，
- 其中，在第二操作状态中，所述第一可控开关电路（100）将所述电容器（300）的第一侧（301）连接至供电和接地电位之一，并且所述第二可控开关电路（200）将所述电容器（300）的第二侧（302）连接至所述外部端子。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，包括：
- 控制电路（400），其被配置为提供第一控制信号以控制所述第一可控开关电路（100），并且提供第二控制信号以控制所述第二可控开关电路（200），
- 其中，所述控制电路（400）被配置为同时生成所述第一控制信号和第二控制信号。
4.根据权利要求1或2所述的驱动电路，包括：
- 向所述外部端子提供偏置电流的电流源（500），
- 其中，所述电流源（500）布置在供电和接地电位之一和所述外部端子之间。
5.根据权利要求1或2所述的驱动电路，
- 其中，所述第一可控开关电路（100）包括第一可控开关（110）和第二可控开关（120），
- 其中，所述第一可控开关电路（100）的第一可控开关（110）布置在所述电容器（300）的第一侧（301）和所述基准电位之间，
- 其中，所述第一可控开关电路（100）的第二可控开关（120）布置在供电和接地电位之一和所述电容器（300）的第一侧（301）之间。
6.根据权利要求1或2所述的驱动电路，
- 其中，所述第二可控开关电路（200）包括第一可控开关和第二可控开关，
- 其中，所述第二可控开关电路的第一可控开关布置在供电和接地电位之一和所述电容器（300）的第二侧（302）之间，
- 其中，所述第二可控开关电路的第二可控开关布置在所述电容器（300）的第二侧（302）和所述外部端子之间。
7.根据权利要求6所述的驱动电路，
其中，所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关包括晶体管。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，包括：
可控体开关（600），其将所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的晶体管的体连接部选择性地连接至供电和接地电位之一和所述电容器（300）的第二侧（302）中的一个。
9.根据权利要求8所述的驱动电路，
- 其中，在所述驱动电路（10）的第一操作状态中，所述可控体开关（600）被控制为使得所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的晶体管的体连接部连接至供电和接地电位之一，
- 其中，在所述驱动电路（10）的第二操作状态中，所述可控体开关（600）被控制为使得所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的晶体管的体连接部连接至所述电容器（300）的第二侧（302）。
10.根据权利要求6所述的驱动电路，
其中，所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关包括在供电和接地电位之一和所述电容器（300）的第二侧（302）之间串联连接的第一晶体管（211）和第二晶体管（212），使得所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的第一晶体管（211）的漏极连接部连接至所述电容器（300）的第二侧（302），并且使得所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的第二晶体管（212）的漏极连接部连接至供电和接地电位之一。
11.根据权利要求10所述的驱动电路，
- 其中，所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的第一晶体管（211）和第二晶体管（212）具有共源极连接部，
- 其中，所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的第一晶体管（211）和第二晶体管（212）的相应体连接部连接至所述第二可控开关电路（200）的第一可控开关的第一晶体管（211）和第二晶体管（212）的共源极连接部。
12.根据权利要求1或2所述的驱动电路，包括：
- 布置在所述基准电位和所述电容器（300）的第一侧（301）之间的第一电阻器（710），
- 布置在第四内部节点的所述供电和接地电位之一和所述电容器（300）的第二侧（302）之间的第二电阻器（720）。
13.一种提供光脉冲的装置，包括
- 发光二极管（20），
- 根据权利要求1至12中任一项所述的生成信号脉冲以用于操作发光二极管（20）的驱动电路（10），
- 其中，所述发光二极管（20）连接至所述驱动电路（10）的外部端子。
14.根据权利要求13所述的装置，
其中，所述驱动电路（10）的电流源（500）被配置为提供偏置电流，其中所述偏置电流具有低于用于发射光的发光二极管（20）的阈值电流电平的电平。
15.根据权利要求13或14所述的装置，
其中，所述发光二极管（20）被配置为激光二极管。
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