CN110391589A - 一种电流驱动电路及电流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电流驱动电路及电流控制方法，所述电流驱动电路包括：脉冲激光驱动器，用于产生脉冲激光电流；电流控制环路，电连接于所述脉冲激光驱动器，用于采样所述脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。通过本发明解决了现有激光器因无法产生精确稳定的电流，从而导致其无法输出精确稳定的脉冲激光信号的问题。

Description

一种电流驱动电路及电流控制方法
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种电流驱动电路及电流控制方法。
背景技术
自动驾驶、手势识别及机器视觉等应用领域都需要高精度、高分辨率、实时的测距功能。因此，基于TOF(光子飞行时间)的激光雷达技术得到了越来越广泛的应用。
基于TOF的激光雷达技术，由发射端和接收端组成；发射端产生脉冲调制的激光信号，接收端检测从目标物体反射回来的光信号，并根据光子飞行的时间来计算目标物体的距离。由于检测距离主要受发射端功率及接收端灵敏度的影响，而为了提高检测距离与准确度，发射端需要产生一个稳定的脉冲激光信号。
激光器的输出光功率主要由激光器的电流和偏置电压决定，因此，精准且有效的控制流经激光器的电流，对于输出稳定且高质量的脉冲激光信号有很重要的意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电流驱动电路及电流控制方法，用于解决现有激光器因无法产生精确稳定的电流，从而导致其无法输出精确稳定的脉冲激光信号的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电流驱动电路，所述电流驱动电路包括：
脉冲激光驱动器，用于产生脉冲激光电流；
电流控制环路，电连接于所述脉冲激光驱动器，用于采样所述脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
可选地，所述脉冲激光驱动器包括：激光器、第一NMOS管及第二NMOS管，其中所述激光器的正极接入电源电压，所述激光器的负极连接于所述第一NMOS管的漏极端，所述第一NMOS管的栅极端连接于所述电流控制环路的输出端，所述第一NMOS管的源极端连接于所述第二NMOS管的漏极端，所述第二NMOS管的栅极端接入时钟信号，所述第二NMOS管的源极端接地。
可选地，所述电流控制环路包括：
镜像模块，电连接于所述脉冲激光驱动器，用于对所述脉冲激光电流进行镜像处理，以产生脉冲激光镜像电流；
基准源模块，用于产生基准电流；
反馈模块，其一输入端连接于所述镜像模块，其另一输入端连接于所述基准源模块，其输出端连接于所述脉冲激光驱动器，用于对所述脉冲激光镜像电流和所述基准电流进行运算处理，并根据运算结果调节所述脉冲激光电流，以使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
可选地，所述镜像模块包括：
镜像比例产生单元，用于产生镜像比例；
镜像单元，连接于所述脉冲激光驱动器和所述镜像比例产生单元，用于根据所述镜像比例对所述脉冲激光电流进行镜像处理，以产生脉冲激光镜像电流。
可选地，所述镜像比例产生单元包括：第三NMOS管和第一电阻，其中所述第三NMOS管的栅极端及其漏极端共同接入电源电压，所述第三NMOS管的源极端连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端作为所述镜像比例产生单元的输出端，连接于所述镜像单元。
可选地，所述镜像单元包括：第四NMOS管和第五NMOS管，其中所述第四NMOS管的漏极端连接于所述镜像比例产生单元的输出端，所述第四NMOS管的栅极端连接于所述脉冲激光驱动器，所述第四NMOS管的源极端连接于所述第五NMOS管的漏极端，所述第五NMOS管的栅极端接入时钟信号，所述第五NMOS管的源极端接地。
可选地，所述基准源模块包括：第六NMOS管、第七NMOS管、第二电阻及可调电流源，其中所述第六NMOS管的栅极端及其漏极端共同接入电源电压，所述第六NMOS管的源极端连接于所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接于所述第七NMOS管的漏极端，所述第七NMOS管的栅极端接入时钟信号，所述第七NMOS管的源极端连接于所述可调电流源的一端，所述可调电流源的另一端接地。
可选地，所述反馈模块包括运算放大器，其中所述运算放大器的正相输入端连接于所述镜像模块，所述运算放大器的反相输入端连接于所述基准源模块，所述运算放大器的输出端连接于所述脉冲激光驱动器。
本发明还提供了一种电流控制方法，适用于激光器，所述电流控制方法包括：
采样激光器产生的脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
可选地，采样激光器产生的脉冲激光电流的方法包括：按镜像比例对所述激光器产生的脉冲激光电流进行镜像处理，以获取脉冲激光镜像电流，从而实现对所述脉冲激光电流的采样。
如上所述，本发明的一种电流驱动电路及电流控制方法，通过电流控制环路的设计，实现了通过低速反馈环路来实现对于激光器电流的精确控制，从而实现对于激光器输出光功率的精确控制；同时还基于同一时钟信号的使用，消除了时钟占空比的改变对电流控制环路锁定结果造成的影响，确保了激光器输出光功率的精确度和稳定性，达到了最优输出结果。
附图说明
图1显示为本发明所述电流驱动电路的电路原理图。
元件标号说明
10 脉冲激光驱动器
20 电流控制环路
21 镜像模块
211 镜像比例产生单元
212 镜像单元
22 基准源模块
23 反馈模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种电流驱动电路，所述电流驱动电路包括：
脉冲激光驱动器10，用于产生脉冲激光电流；
电流控制环路20，电连接于所述脉冲激光驱动器10，用于采样所述脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
作为示例，如图1所示，所述脉冲激光驱动器10包括：激光器D1、第一NMOS管NM1及第二NMOS管NM2，其中所述激光器D1的正极接入电源电压VDD，所述激光器D1的负极连接于所述第一NMOS管NM1的漏极端，所述第一NMOS管NM1的栅极端连接于所述电流控制环路20的输出端，所述第一NMOS管NM1的源极端连接于所述第二NMOS管NM2的漏极端，所述第二NMOS管NM2的栅极端接入时钟信号CLK，所述第二NMOS管NM2的源极端接地。本实施例所述脉冲激光驱动器10在所述电源电压VDD和所述时钟信号CLK的控制下，产生所述脉冲激光电流；其中所述脉冲激光电流的大小由所述第一NMOS管NM1的栅源电压决定，其占空比由所述时钟信号CLK决定。本实施例正是利用所述电流控制环路20对所述第一NMOS管NM1的栅电压进行调节，以调节所述第一NMOS管NM1的栅源电压，从而调节所述脉冲激光电流的大小。
作为示例，如图1所示，所述电流控制环路20包括：
镜像模块21，电连接于所述脉冲激光驱动器10，用于对所述脉冲激光电流进行镜像处理，以产生脉冲激光镜像电流；
基准源模块22，用于产生基准电流；
反馈模块23，其一输入端连接于所述镜像模块21，其另一输入端连接于所述基准源模块22，其输出端连接于所述脉冲激光驱动器10，用于对所述脉冲激光镜像电流和所述基准电流进行运算处理，并根据运算结果调节所述脉冲激光电流，以使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
具体的，如图1所示，所述镜像模块21包括：
镜像比例产生单元211，用于产生镜像比例；
镜像单元212，连接于所述脉冲激光驱动器10和所述镜像比例产生单元211，用于根据所述镜像比例对所述脉冲激光电流进行镜像处理，以产生脉冲激光镜像电流。
其中，如图1所示，所述镜像比例产生单元211包括：第三NMOS管NM3和第一电阻R1，其中所述第三NMOS管NM3的栅极端及其漏极端共同接入电源电压VDD，所述第三NMOS管NM3的源极端连接于所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端作为所述镜像比例产生单元211的输出端，连接于所述镜像单元212。本实施例通过对所述第三NMOS管NM3的连接将其等效为二极管，并与所述第一电阻R1串联，与所述镜像单元212共同对所述脉冲激光驱动器10进行模型等效，从而使所述镜像单元212产生的所述脉冲激光镜像电流与所述脉冲激光驱动器10产生的所述脉冲激光电流成比例，即产生镜像比例。
其中，如图1所示，所述镜像单元212包括：第四NMOS管NM4和第五NMOS管NM5，其中所述第四NMOS管NM4的漏极端连接于所述镜像比例产生单元211的输出端，所述第四NMOS管NM4的栅极端连接于所述脉冲激光驱动器10，所述第四NMOS管NM4的源极端连接于所述第五NMOS管NM5的漏极端，所述第五NMOS管NM5的栅极端接入时钟信号CLK，所述第五NMOS管NM5的源极端接地。本实施例所述镜像单元212中的所述第四NMOS管NM4和所述第五NMOS管NM5与所述脉冲激光驱动器10中的所述第一NMOS管NM1和所述第二NMOS管NM2构成电流镜像，以基于所述镜像比例对所述脉冲激光电流进行镜像复制，得到所述脉冲激光镜像电流。
具体的，如图1所示，所述基准源模块22包括：第六NMOS管NM6、第七NMOS管NM7、第二电阻R2及可调电流源I1，其中所述第六NMOS管NM6的栅极端及其漏极端共同接入电源电压VDD，所述第六NMOS管NM6的源极端连接于所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接于所述第七NMOS管NM7的漏极端，所述第七NMOS管NM7的栅极端接入时钟信号CLK，所述第七NMOS管NM7的源极端连接于所述可调电流源I1的一端，所述可调电流源I1的另一端接地。本实施例通过对所述第六NMOS管NM6的连接将其等效为二极管，并与所述第二电阻R2串联，以对所述镜像比例产生单元211进行模型等效，此时所述第六NMOS管NM6和所述第三NMOS管NM3相同，所述第二电阻R2与所述第一电阻R1相同；同时所述第六NMOS管NM6、所述第二电阻R2与所述第七NMOS管NM7及所述可调电流源I1共同构成所述基准源模块22，以提供所述基准电流。而且本实施例所述基准源模块22中的所述第七NMOS管NM7的栅极端与所述脉冲激光驱动器10中的所述第二NMOS管NM2的栅极端及所述镜像单元212中的所述第五NMOS管NM5的栅极端接入同一时钟信号，以使所述第二NMOS管NM2所在支路、所述第五NMOS管NM5所在支路及所述第七NMOS管NM7所在支路受同一时钟信号控制，从而使该三条支路同时开启和关断，进而消除时钟占空比对所述电流控制环路的影响。需要注意的是，本实施例所述第六NMOS管NM6和第三NMOS管NM3相同、第二电阻R2和第一电阻R1相同是指器件类型、结构和参数均相同。
具体的，如图1所示，所述反馈模块23包括运算放大器OP1，其中所述运算放大器OP1的正相输入端连接于所述镜像模块21，所述运算放大器OP1的反相输入端连接于所述基准源模块22，所述运算放大器OP1的输出端连接于所述脉冲激光驱动器10。本实施例通过所述运算放大器OP1对所述镜像单元212中的所述第四NMOS管NM4的漏端平均电压和所述基准源模块22中的所述第五NMOS管NM5的漏端平均电压进行运算放大处理，以使所述第四NMOS管NM4的漏端平均电压和所述第五NMOS管NM5的漏端平均电压相等，从而保证所述脉冲激光电路与所述基准电流成镜像比例，进而实现通过调节所述可调电流源I1的电流大小，实现对所述脉冲激光电流进行精确调节，保证所述脉冲激光电流的精确度和稳定性，也即保证激光器输出光功率的精确度和稳定性。
本实施例还提供了一种基于如上所述电流驱动电路实现的电流控制方法，适用于激光器，所述电流控制方法包括：
采样激光器产生的脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
作为示例，采样激光器产生的脉冲激光电流的方法包括：按镜像比例对所述激光器产生的脉冲激光电流进行镜像处理，以获取脉冲激光镜像电流，从而实现对所述脉冲激光电流的采样。
综上所述，本发明的一种电流驱动电路及电流控制方法，通过电流控制环路的设计，实现了通过低速反馈环路来实现对于激光器电流的精确控制，从而实现对于激光器输出光功率的精确控制；同时还基于同一时钟信号的使用，消除了时钟占空比的改变对电流控制环路锁定结果造成的影响，确保了激光器输出光功率的精确度和稳定性，达到了最优输出结果。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电流驱动电路，其特征在于，所述电流驱动电路包括：
脉冲激光驱动器，用于产生脉冲激光电流；
电流控制环路，电连接于所述脉冲激光驱动器，用于采样所述脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
2.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征在于，所述脉冲激光驱动器包括：激光器、第一NMOS管及第二NMOS管，其中所述激光器的正极接入电源电压，所述激光器的负极连接于所述第一NMOS管的漏极端，所述第一NMOS管的栅极端连接于所述电流控制环路的输出端，所述第一NMOS管的源极端连接于所述第二NMOS管的漏极端，所述第二NMOS管的栅极端接入时钟信号，所述第二NMOS管的源极端接地。
3.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征在于，所述电流控制环路包括：
镜像模块，电连接于所述脉冲激光驱动器，用于对所述脉冲激光电流进行镜像处理，以产生脉冲激光镜像电流；
基准源模块，用于产生基准电流；
反馈模块，其一输入端连接于所述镜像模块，其另一输入端连接于所述基准源模块，其输出端连接于所述脉冲激光驱动器，用于对所述脉冲激光镜像电流和所述基准电流进行运算处理，并根据运算结果调节所述脉冲激光电流，以使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
4.根据权利要求3所述的电流驱动电路，其特征在于，所述镜像模块包括：
镜像比例产生单元，用于产生镜像比例；
镜像单元，连接于所述脉冲激光驱动器和所述镜像比例产生单元，用于根据所述镜像比例对所述脉冲激光电流进行镜像处理，以产生脉冲激光镜像电流。
5.根据权利要求4所述的电流驱动电路，其特征在于，所述镜像比例产生单元包括：第三NMOS管和第一电阻，其中所述第三NMOS管的栅极端及其漏极端共同接入电源电压，所述第三NMOS管的源极端连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端作为所述镜像比例产生单元的输出端，连接于所述镜像单元。
6.根据权利要求4所述的电流驱动电路，其特征在于，所述镜像单元包括：第四NMOS管和第五NMOS管，其中所述第四NMOS管的漏极端连接于所述镜像比例产生单元的输出端，所述第四NMOS管的栅极端连接于所述脉冲激光驱动器，所述第四NMOS管的源极端连接于所述第五NMOS管的漏极端，所述第五NMOS管的栅极端接入时钟信号，所述第五NMOS管的源极端接地。
7.根据权利要求3所述的电流驱动电路，其特征在于，所述基准源模块包括：第六NMOS管、第七NMOS管、第二电阻及可调电流源，其中所述第六NMOS管的栅极端及其漏极端共同接入电源电压，所述第六NMOS管的源极端连接于所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接于所述第七NMOS管的漏极端，所述第七NMOS管的栅极端接入时钟信号，所述第七NMOS管的源极端连接于所述可调电流源的一端，所述可调电流源的另一端接地。
8.根据权利要求3所述的电流驱动电路，其特征在于，所述反馈模块包括运算放大器，其中所述运算放大器的正相输入端连接于所述镜像模块，所述运算放大器的反相输入端连接于所述基准源模块，所述运算放大器的输出端连接于所述脉冲激光驱动器。
9.一种电流控制方法，适用于激光器，其特征在于，所述电流控制方法包括：
采样激光器产生的脉冲激光电流，并对采样电流和基准电流进行处理，以根据处理结果调节所述脉冲激光电流，使所述脉冲激光电流与所述基准电流成镜像比例。
10.根据权利要求9所述的电流控制方法，其特征在于，采样激光器产生的脉冲激光电流的方法包括：按镜像比例对所述激光器产生的脉冲激光电流进行镜像处理，以获取脉冲激光镜像电流，从而实现对所述脉冲激光电流的采样。
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