CN112421366A - 一种激光光源驱动电路及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光源驱动电路及激光雷达。其中，激光光源驱动电路包括：无源充电电路网络单元、充电电容、驱动开关电路单元、第一无源充放电吸收电路网络单元、激光二极管和驱动控制单元；驱动控制单元用于控制驱动开关电路单元的导通和断开，驱动开关电路单元导通时，电源对无源充电电路网络单元进行充电，且充电电容为激光二极管供能，驱动开关电路单元断开时，无源充电电路网络单元对充电电容进行充电，第一无源充放电吸收电路网络单元用于在充电电容为激光二极管供能时提供放电回路。本发明提供的激光光源驱动电路及激光雷达，提高了激光脉冲质量参数指标的同时，降低了成本。

Description

一种激光光源驱动电路及激光雷达

技术领域

本发明实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种激光光源驱动电路及激光雷达。

背景技术

激光雷达可用于无人车、机器人等领域，在激光雷达探测领域中，激光脉冲的脉宽直接影响其探测精度，而激光脉冲的脉宽主要取决于其激光光源驱动电路。然而，现有的激光光源驱动电路多采用两个以上的MOS开关器件实现激光脉冲光源的驱动控制，系统电路复杂，充电回路和放电回路路径较长，不利于提高激光脉冲信号的上升沿时间，脉宽宽度等激光脉冲质量参数指标，无法实现驱动发射出质量较好且脉冲宽度为1ns及1ns以下的激光脉冲；并且，由于采用两个以上MOS开关器件，成本也较高。

发明内容

本发明提供一种激光光源驱动电路及激光雷达，以提高激光脉冲质量参数指标的同时，降低成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光光源驱动电路，包括：

无源充电电路网络单元、充电电容、驱动开关电路单元、第一无源充放电吸收电路网络单元、激光二极管和驱动控制单元；

所述无源充电电路网络单元包括第一输入端和第一输出端，所述驱动开关电路单元包括第二输入端、第二输出端和控制端，所述驱动控制单元包括控制信号输出端；所述第一输入端与电源电连接，所述第一输出端分别与所述第二输入端和所述充电电容的第一端电连接，所述第二输出端接地，所述控制端与所述控制信号输出端电连接；

所述第一无源充放电吸收电路网络单元包括第三输入端和第三输出端；所述第三输入端分别与所述充电电容的第二端和所述激光二极管的阴极电连接，所述第三输出端接地，所述激光二极管的阳极接地；

所述无源充电电路网络单元用于对所述充电电容进行充电；所述充电电容用于为所述激光二极管供能；所述驱动开关电路单元用于控制所述无源充电电路网络单元的工作状态；所述驱动控制单元用于控制所述驱动开关电路单元的导通和断开；其中，所述驱动开关电路单元导通时，所述电源对所述无源充电电路网络单元进行充电，且所述充电电容为所述激光二极管供能；所述驱动开关电路单元断开时，所述无源充电电路网络单元对所述充电电容进行充电；

所述第一无源充放电吸收电路网络单元用于在所述充电电容为所述激光二极管供能时提供放电回路。

可选的，所述激光光源驱动电路还包括第二无源充放电吸收电路网络单元；

所述第二无源充放电吸收电路网络单元包括第四输入端和第四输出端，所述第四输入端分别与所述第一输出端和所述充电电容的第一端电连接；

所述第二无源充放电吸收电路网络单元用于限制所述充电电容的第一端的电压的最大值。

可选的，所述无源充电电路网络单元包括第一电阻、第一二极管和电感；

所述第一电阻的第一端作为所述第一输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极与所述电感的第一端电连接，所述电感的第二端作为所述第一输出端。

可选的，所述第一无源充放电吸收电路网络单元包括第一电容，第二电阻和第二二极管；

所述第二二极管的负极作为所述第三输入端，所述第二二极管的正极接地；所述第一电容的第一端与所述第二二极管的负极电连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端接地。

可选的，所述第二无源充放电吸收电路网络单元包括第二电容、第三电阻和第三二极管；

所述第三二极管的负极作为所述第四输入端，所述第三二极管的正极接地；所述第二电容的第一端与所述第三二极管的负极电连接，所述第二电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端接地。

可选的，所述驱动开关电路单元包括MOS管，所述MOS管的漏极作为所述第二输入端，所述MOS管的源极作为所述第二输出端，所述MOS管的栅极作为所述控制端；

所述激光光源驱动电路还包括窄脉冲差分信号传递电路单元、MOS驱动电路单元和驱动信号匹配电路单元；

所述窄脉冲差分信号传递电路单元包括第五输入端和第五输出端，所述MOS驱动电路单元包括第六输入端和第六输出端，所述驱动信号匹配电路单元包括第七输入端和第七输出端；

所述第五输入端与所述控制信号输出端电连接，所述第五输出端与所述第六输入端电连接，所述第六输出端与所述第七输入端电连接，所述第七输出端与所述控制端电连接。

可选的，MOS驱动电路单元包括差分信号接收芯片、电平匹配转换芯片和MOS驱动芯片；

所述电平匹配转换芯片分别与所述差分信号接收芯片和所述MOS驱动芯片电连接。

可选的，所述激光光源驱动电路还包括第一匹配电阻单元、第二匹配电阻单元、第三匹配电阻单元和第四匹配电阻单元；

所述第一匹配电阻单元分别与所述控制信号输出端和所述第五输入端电连接；所述第二匹配电阻单元分别与所述第五输出端和所述第六输入端电连接；所述第三匹配电阻单元分别与所述第六输出端和所述第七输入端电连接；所述第四匹配电阻单元分别与所述第七输出端和所述控制端电连接。

可选的，所述第一匹配电阻单元包括并联的第一匹配电阻和第二匹配电阻，所述第二匹配电阻单元包括第三匹配电阻，所述第三匹配电阻单元包括并联的第四匹配电阻和第五匹配电阻，所述第四匹配电阻单元包括并联的第六匹配电阻和第七匹配电阻。

可选的，所述激光光源驱动电路还包括工作电流监测单元；

所述工作电流监测单元包括光电检测子单元、差分信号电流电压转换放大子单元和采样ADC电路子单元；所述差分信号电流电压转换放大子单元分别与所述光电检测子单元和所述采样ADC电路子单元电连接，所述采样ADC电路子单元与所述驱动控制单元电连接；

所述光电检测子单元用于检测所述激光二极管的激光发射功率，并生成电流信号；所述差分信号电流电压转换放大子单元用于将所述电流信号放大，并将所述电流信号转换为差分电压信号；所述采样ADC电路子单元用于对所述差分电压信号进行采样，生成采样电压信号；所述驱动控制单元还用于根据所述采样电压信号确定所述激光二极管的工作电流。

可选的，所述激光光源驱动电路还包括功率电流监测电阻单元和工作电流监测单元，所述工作电流监测单元用于检测所述激光二极管的工作电流；

所述功率电流监测电阻单元包括第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的第一端与所述激光二极管的阳极电连接，所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端电连接，所述第五电阻的第二端接地；所述工作电流监测单元分别与所述第四电阻的第一端和所述第四电阻的第二端电连接。

可选的，所述激光光源驱动电路还包括工作温度监测单元；

所述工作温度监测单元与所述激光二极管之间的距离小于预设距离，所述工作温度监测单元用于检测所述激光二极管的工作温度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种激光雷达，包括第一方面所述的任一激光光源驱动电路。

本发明实施例提供的激光光源驱动电路，设置驱动控制单元控制驱动开关电路单元的导通和断开，从而通过驱动开关电路单元控制无源充电电路网络单元的工作状态，其中，当驱动开关电路单元导通时，电源对无源充电电路网络单元进行充电，实现储能功能；当驱动开关电路单元断开时，无源充电电路网络单元对充电电容进行充电，使充电电容达到激光二极管发射激光所需的电能；当驱动开关电路单元再次导通时，充电电容为激光二极管供能，以使激光二极管发射激光脉冲。该激光光源驱动电路仅采用驱动开关电路单元这一个开关器件实现对激光二极管发射激光脉冲的驱动控制和激光发射驱动工作点电压的升压开关控制，降低了开发成本。并且，第一无源充放电吸收电路网络单元在充电电容为激光二极管供能时提供放电回路，减小了系统充电回路和放电回路路径，发射脉冲激光的激光脉冲的宽度最低可达600皮秒，提高了窄脉冲信号的上升沿时间，脉宽宽度等激光脉冲质量参数指标。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种激光光源驱动电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光光源驱动电路的控制信号和工作点电压波形示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种激光光源驱动电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种MOS驱动电路单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种激光光源驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种激光光源驱动电路的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的激光光源驱动电路包括无源充电电路网络单元10、充电电容11、驱动开关电路单元12、第一无源充放电吸收电路网络单元13、激光二极管14和驱动控制单元15。无源充电电路网络单元10包括第一输入端101和第一输出端102，驱动开关电路单元12包括第二输入端121、第二输出端122和控制端123，驱动控制单元15包括控制信号输出端151；第一输入端101与电源16电连接，第一输出端102分别与第二输入端121和充电电容11的第一端111电连接，第二输出端122接地，控制端123与控制信号输出端151电连接。第一无源充放电吸收电路网络单元13包括第三输入端131和第三输出端132，第三输入端131分别与充电电容11的第二端112和激光二极管14的阴极141电连接，第三输出端132接地，激光二极管14的阳极142接地。无源充电电路网络单元10用于对充电电容11进行充电，充电电容11用于为激光二极管14供能，驱动开关电路单元12用于控制无源充电电路网络单元10的工作状态，驱动控制单元15用于控制驱动开关电路单元12的导通和断开，其中，驱动开关电路单元12导通时，电源16对无源充电电路网络单元10进行充电，且充电电容11为激光二极管14供能，驱动开关电路单元12断开时，无源充电电路网络单元10对充电电容11进行充电；第一无源充放电吸收电路网络单元13用于在充电电容11为激光二极管14供能时提供放电回路。

具体的，图2为本发明实施例提供的一种激光光源驱动电路的控制信号和工作点电压波形示意图，如图2所示，横坐标代表时间，纵坐标代表电压；A1代表充电电容11的第一端111处的工作电压波形，A2代表控制驱动开关电路单元12的控制端123处的控制信号波形，A3代表激光二极管14的阴极141处的工作电压波形。

如图1和图2所示，无源充电电路网络单元10的第一输入端101与电源16电连接，其中，电源16可包括直流电源输入网络(PVIN)，直流电源输入网络(PVIN)可由DC-DC电源芯片转换生成。

激光光源驱动电路在工作时，驱动控制单元15产生控制信号并经控制信号输出端151传输至驱动开关电路单元12的控制端123，以控制驱动开关电路单元12的导通和断开，驱动开关电路单元12可控制无源充电电路网络单元10的工作状态，其中，无源充电电路网络单元10的工作状态包括储能状态和放能状态；具体的，当驱动开关电路单元12导通时，第二输入端121和第二输出端122之间导通，电源16此时通过无源充电电路网络单元10→驱动开关电路单元12的导通通路路径对无源充电电路网络单元10进行充电储能，无源充电电路网络单元10处于储能状态；随着电源16对无源充电电路网络单元10的充电，无源充电电路网络单元10完成储能功能。当驱动开关电路单元12断开时，第二输入端121和第二输出端122之间断开，无源充电电路网络单元10在经过充电储能后，此时处于放能状态，利用储能时储存的电能对充电电容11进行充电，充电电容11的第一端111的充电电压将逐渐升高，达到激光二极管14发射激光所需的电压，在充电电容11充电完成后，充电电容11的第一端111具有升高了的电压值Vc。当驱动开关电路单元12再次导通时，充电电容11的第一端111被连接到地，由于充电电容11两端电压不能突变，充电电容11的第二端112的电压为-Vc，此电压作用于激光二极管14和第一无源充放电吸收电路网络单元13的第三输入端131，使得激光二极管14导通而发光，其中，激光二极管14导通是由于充电电容11的放电电压-VC作用发生，其放电通路的路径为大地→激光二极管14→第一无源充放电吸收电路网络单元13，第一无源充放电吸收电路网络单元13在激光二极管14发光时提供放电回路。

依次类推，驱动开关电路单元12在控制信号的控制下可周期性的导通和断开，从而使得激光二极管14周期性的发射激光脉冲，在该激光光源驱动电路用于激光雷达中时，该周期性的激光脉冲和测控中心同步之后可做光电探测的源端信号，完成激光雷达测量工作。

本发明实施例提供的激光光源驱动电路，设置驱动控制单元15控制驱动开关电路单元12的导通和断开，从而通过驱动开关电路单元12控制无源充电电路网络单元10的工作状态，其中，当驱动开关电路单元12导通时，电源16对无源充电电路网络单元10进行充电，实现电能储能功能；当驱动开关电路单元12断开时，无源充电电路网络单元10对充电电容11进行充电，使充电电容11达到激光二极管14发射激光所需的工作电压；当驱动开关电路单元12再次导通时，充电电容11为激光二极管14供能，以使激光二极管14发射激光脉冲。该激光光源驱动电路仅采用驱动开关电路单元12这一个开关器件实现对激光二极管14发射激光脉冲的驱动控制和激光发射驱动工作点电压的升压开关控制，降低了开发成本。并且，第一无源充放电吸收电路网络单元13在充电电容11为激光二极管14供能时提供放电回路，减小了系统充电回路和放电回路路径，发射脉冲激光的激光脉冲的宽度最低可达600皮秒，提高了窄脉冲信号的上升沿时间，脉宽宽度等激光脉冲质量参数指标。

图3为本发明实施例提供的另一种激光光源驱动电路的结构示意图，如图3所示，可选的，无源充电电路网络单元10包括第一电阻21、第一二极管22和电感23，第一电阻21的第一端211作为第一输入端101，第一电阻21的第二端212与第一二极管22的正极221电连接，第一二极管22的负极222与电感23的第一端231电连接，电感的第二端232作为第一输出端102。

具体的，如图3所示，无源充电电路网络单元10包括第一电阻21、第一二极管22和电感23，第一电阻21起到限流作用，第一二极管22用于吸收放电过程中产生的反向脉冲。

激光光源驱动电路在工作时，当驱动开关电路单元12导通时，第二输入端121和第二输出端122之间导通，电源16此时通过第一电阻21→第一二极管22→电感23→驱动开关电路单元12的导通通路路径对电感23进行充电，电感上的电流以一定的比率线性增加，具体比率可以根据电感量的大小确定。此时充电电流为IL，且逐渐增大，随着电感23上电流增加，电感23中开始储存能量，充电时间为驱动开关电路单元12的导通时间Ton。当驱动开关电路单元12断开时，电感23充电完毕，但由于电感23的电流保持特性(也即电磁感应定律)，流经电感23的电流不会马上截止，而是改变电流方向由电感23对充电电容11进行充电，充电完成后，该电流由充电完毕时的值逐渐变为0。充电电容11的第一端111的充电电压将逐渐升高，其充电电压的大小受驱动开关电路单元12的导通时间Ton控制，该电压高于电源16的输入电压，从而完成储能功能，使充电电压达到激光二极管14发射激光所需的工作电压。

其中，第一二极管22可采用肖特基整流二极管，肖特基整流二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，有利于实现窄脉冲激光发射。

继续参考图1和图3，可选的，本发明实施例提供的激光光源驱动电路还包括第二无源充放电吸收电路网络单元17，第二无源充放电吸收电路网络单元17包括第四输入端171和第四输出端172，第四输入端171分别与第一输出端102和充电电容11的第一端111电连接，第二无源充放电吸收电路网络单元17用于限制充电电容11的第一端111的电压的最大值。

具体的，如图1和图3所示，当驱动开关电路单元12断开时，第二输入端121和第二输出端122之间断开，此时无源充电电路网络单元10在经过Ton充电时间后，利用储存的电能对充电电容11进行充电，充电电容11的第一端111的充电电压将逐渐升高，其最高电压值Vmax受第二无源充放电吸收电路网络单元17限制，从而可避免驱动开关电路单元12、充电电容11、第一二极管22等超过其耐压值而发生损坏的情况发生。

继续参考图3，可选的，第一无源充放电吸收电路网络单元13包括第一电容31，第二电阻32和第二二极管33，第二二极管33的负极331作为第三输入端131，第二二极管33的正极332接地，第一电容31的第一端311与第二二极管33的负极331电连接，第一电容31的第二端312与第二电阻32的第一端321电连接，第二电阻32的第二端322接地。

具体的，如图3所示，在充电电容11充电完成后，充电电容11的第一端111具有升高了的电压值Vc。当驱动开关电路单元12再次导通时，充电电容11的第一端111被连接到地，由于充电电容11两端电压不能突变，充电电容11的第二端112的电压为-Vc，此电压作用于激光二极管14、第一电容31的第一端311以及第二二极管33的负极331，使得激光二极管14导通而发光，其中，激光二极管14导通是由于充电电容11的放电电压-VC作用发生，其放电通路的路径为大地→激光二极管14→第一电容31→第二二极管33→第二电阻32，其中，第二二极管33的钳位电压可限制工作在激光二极管14的阴极141的工作点电压，从而避免激光二极管14超过最大可能的工作电压而发生损坏。

其中，第二二极管33可采用肖特基整流二极管，肖特基整流二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，有利于实现窄脉冲激光发射。

继续参考图3，可选的，第一无源充放电吸收电路网络单元13还包括第六电阻37，第六电阻37的第一端371与激光二极管14的阴极141电连接，第六电阻37的第二端372接地。其中，第六电阻37与第一电容31、第二二极管33和第二电阻32共同组成第一无源充放电吸收电路网络单元13，第六电阻37的阻值可用于调节改变脉冲信号下降沿的时间，并调节改变吸收放电时间常数。

继续参考图3，可选的，第二无源充放电吸收电路网络单元17包括第二电容34、第三电阻35和第三二极管36，第三二极管36的负极361作为第四输入端171，第三二极管36的正极362接地，第二电容34的第一端341与第三二极管36的负极361电连接，第二电容34的第二端342与第三电阻35的第一端351电连接，第三电阻35的第二端352接地。

具体的，如图3所示，当驱动开关电路单元12断开时，此时无源充电电路网络单元10利用储存的电能对充电电容11进行充电，充电电容11的第一端111的充电电压将逐渐升高，其最高电压值Vmax受第三二极管36的钳位电压限制，从而可避免驱动开关电路单元12、充电电容11、第一二极管22等超过其耐压值而发生损坏的情况发生，其中，第三二极管36可采用肖特基整流二极管，肖特基整流二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，有利于实现窄脉冲激光发射。

继续参考图1和图3，可选的，驱动开关电路单元12包括MOS管，MOS管的漏极作为第二输入端121，MOS管的源极作为所述第二输出端122，MOS管的栅极作为控制端123。激光光源驱动电路还包括窄脉冲差分信号传递电路单元18、MOS驱动电路单元19和驱动信号匹配电路单元41，窄脉冲差分信号传递电路单元18包括第五输入端181和第五输出端182，MOS驱动电路单元19包括第六输入端191和第六输出端192，驱动信号匹配电路单元41包括第七输入端411和第七输出端412，第五输入端181与控制信号输出端151电连接，第五输出端182与第六输入端191电连接，第六输出端192与第七输入端411电连接，第七输出端411与控制端123电连接。

具体的，驱动开关电路单元12可采用MOS管，MOS管可以根据驱动控制单元15的控制信号输出端151发送的控制信号快速转换导通和截止状态，以实现快速精确地对无源充电电路网络单元10的工作状态的控制。MOS管的种类和型号可以根据实际激光发射的需求确定，例如，MOS管选用EPC2016，以实现快速转换导通和截止状态，本发明实施例对此不作限定。

继续参考图1和图3，本发明实施例提供的激光光源驱动电路还包括窄脉冲差分信号传递电路单元18、MOS驱动电路单元19和驱动信号匹配电路单元41，示例性的，驱动控制单元15产生并通过控制信号输出端151发送频率为f，周期为T的LVDS格式的脉冲差分驱动信号作为控制信号。窄脉冲差分信号传递电路单元18可采用LVDS差分接收芯片，其用于接收驱动控制单元15输出的LVDS格式的脉冲差分驱动信号，并把LVDS格式的脉冲差分驱动信号转换为单端输出驱动信号；MOS驱动电路单元19用于把窄脉冲差分信号传递电路单元18输出的单端输出驱动信号转化为与驱动信号匹配电路单元41输入电平匹配的驱动信号，驱动信号匹配电路单元41进一步把MOS驱动电路单元19输出的驱动信号转化为与驱动开关电路单元12匹配的驱动信号，从而准确、可靠的驱动驱动开关电路单元12正常工作。其中，驱动信号匹配电路单元41可由并联的或串接的匹配电阻、驱动IC组成，本领域技术人员可根据实际需求对此进行设置。

图4为本发明实施例提供的一种MOS驱动电路单元的结构示意图，如图4所示，可选的，MOS驱动电路单元19包括差分信号接收芯片51、电平匹配转换芯片52和MOS驱动芯片53，电平匹配转换芯片52分别与差分信号接收芯片51和MOS驱动芯片53电连接。

具体的，如图4所示，差分信号接收芯片51的输入端作为MOS驱动电路单元19包括第六输入端191，差分信号接收芯片51的输出端与电平匹配转换芯片52的输入端电连接，电平匹配转换芯片52的输出端与MOS驱动芯片53的输入端电连接，MOS驱动芯片53的输出端作为MOS驱动电路单元19的第六输出端192。其中，差分信号接收芯片51可选用ds90lv012a，电平匹配转换芯片52可选用NC7WZ16PX，MOS驱动芯片53可选用LMG1020，从而将窄脉冲差分信号传递电路单元18输出的单端输出驱动信号转化为与驱动信号匹配电路单元41输入电平匹配的驱动信号。

继续参考图3，可选的，本发明实施例提供的激光光源驱动电路还包括第一匹配电阻单元42、第二匹配电阻单元43、第三匹配电阻单元44和第四匹配电阻单元45，第一匹配电阻单元42分别与控制信号输出端151和第五输入端181电连接，第二匹配电阻单元43分别与第五输出端182和第六输入端191电连接，第三匹配电阻单元44分别与第六输出端192和第七输入端411电连接，第四匹配电阻单元45分别与第七输出端412和控制端123电连接。

其中，如图3所示，驱动控制单元15的控制信号输出端151通过第一匹配电阻单元42连接窄脉冲差分信号传递电路单元18，窄脉冲差分信号传递电路单元18通过第二匹配电阻单元43连接MOS驱动电路单元19，MOS驱动电路单元19通过第三匹配电阻单元44连接驱动信号匹配电路单元41，驱动信号匹配电路单元41通第四匹配电阻单元45连接驱动开关电路单元12，以使各单元的输出信号和与其连接的单元的输入电平匹配，从而准确、可靠的驱动驱动开关电路单元12正常工作。

继续参考图3，可选的，第一匹配电阻单元42包括并联的第一匹配电阻421和第二匹配电阻422，第二匹配电阻单元43包括第三匹配电阻431，第三匹配电阻单元44包括并联的第四匹配电阻441和第五匹配电阻442，第四匹配电阻单元45包括并联的第六匹配电阻451和第七匹配电阻452。

其中，如图3所示，驱动控制单元15的控制信号输出端151输出LVDS格式的脉冲差分驱动信号，其控制信号输出端151通过并联的第一匹配电阻421和第二匹配电阻422连接窄脉冲差分信号传递电路单元18的第五输入端181，窄脉冲差分信号传递电路单元18将LVDS格式的脉冲差分驱动信号转换为单端输出驱动信号，其第五输出端182通过第三匹配电阻431连接MOS驱动电路单元19的第六输入端191，MOS驱动电路单元19将窄脉冲差分信号传递电路单元18输出的单端输出驱动信号转化为与驱动信号匹配电路单元41输入电平匹配的驱动信号，其第六输出端192通过并联的第四匹配电阻441和第五匹配电阻442连接驱动信号匹配电路单元41的第七输入端411，驱动信号匹配电路单元41进一步把MOS驱动电路单元19输出的驱动信号转化为与驱动开关电路单元12匹配的驱动信号，其第七输出端412通过并联的第六匹配电阻451和第七匹配电阻452连接驱动开关电路单元12的控制端123，以使各单元的输出信号和与其连接的单元的输入电平匹配，从而准确、可靠的驱动驱动开关电路单元12正常工作。

其中，第一匹配电阻单元42、第二匹配电阻单元43、第三匹配电阻单元44和第四匹配电阻单元45中的电阻数量和连接关系可根据窄脉冲差分信号传递电路单元18、MOS驱动电路单元19和驱动信号匹配电路单元41所采用的实际芯片进行设置，以使窄脉冲差分信号传递电路单元18、MOS驱动电路单元19和驱动信号匹配电路单元41之间的输入信号和输出信号相互匹配，本发明实施例对此不作限定。

继续参考图1和图3，可选的，本发明实施例提供的激光光源驱动电路还包括工作电流监测单元47，工作电流监测单元47包括光电检测子单元471、差分信号电流电压转换放大子单元472和采样ADC电路子单元473，差分信号电流电压转换放大子单元472分别与光电检测子单元471和采样ADC电路子单元473电连接，采样ADC电路子单元473与驱动控制单元15电连接。光电检测子单元471用于检测激光二极管14的激光发射功率，并生成电流信号；差分信号电流电压转换放大子单元472用于将电流信号放大，并将电流信号转换为差分电压信号；采样ADC电路子单元473用于对差分电压信号进行采样，生成采样电压信号；驱动控制单元15还用于根据采样电压信号确定激光二极管14的工作电流。

具体的，如图3所示，光电检测子单元471对激光二极管14的激光发射功率进行监测，将激光二极管14发射的光功率信号转换为电流信号，并将电流信号发送至差分信号电流电压转换放大子单元472；差分信号电流电压转换放大子单元472对电流信号进行放大，将电流信号转换为差分格式的电压信号，并通过差分电压信号输出负极性引脚ON和差分电压信号输出正极性引脚OP将差分电压信号发送至采样ADC电路子单元473的差分电压信号输入负极性引脚VINN和差分电压信号输入正极性引脚VINP，采样ADC电路子单元473对差分电压信号进行采样，生成采样电压信号；采样ADC电路子单元473与驱动控制单元15电连接，驱动控制单元15读取采样ADC电路子单元473输出的采样电压信号的幅度大小，采样电压信号的幅度大小反应了激光二极管14的激光发射功率的大小，进而能够反推出激光二极管14的工作电流情况。在激光二极管14的工作过程中，驱动控制单元15可根据监测的激光二极管14的工作电流对激光光源驱动电路的参数进行调整，从而保证激光二极管14注入电流稳定，提高激光光源驱动电路的稳定性。

其中，光电检测子单元471、差分信号电流电压转换放大子单元472和采样ADC电路子单元473可根据实际需求进行设置，例如，光电检测子单元471可包括Silicon PIN光电探测器，差分信号电流电压转换放大子单元472可选用MAX40660放大器，高速采样ADC电路子单元473可包括AD9629，以实现高速采样功能，本发明实施例对此不作限定。

图5为本发明实施例提供的又一种激光光源驱动电路的结构示意图，如图5所示，可选的，本发明实施例提供的激光光源驱动电路还包括功率电流监测电阻单元46和工作电流监测单元47，工作电流监测单元47用于检测激光二极管14的工作电流。功率电流监测电阻单元46包括第四电阻461和第五电阻462，第四电阻461的第一端61与激光二极管14的阳极142电连接，第四电阻462的第二端62与第五电阻462的第一端63电连接，第五电阻462的第二端64接地，工作电流监测单元47分别与第四电阻461的第一端61和第四电阻461的第二端62电连接。

具体的，如图3所示，激光二极管14串联连接功率电流监测电阻单元46，功率电流监测电阻单元46包含两个串联连接的第四电阻461和第五电阻462。工作电流监测单元47分别连接到第四电阻461的第一端61和第四电阻461的第二端62，通过测量第四电阻461的电流获取激光二极管14的工作电流。

工作电流监测单元47还可与驱动控制单元15电连接，在激光二极管14的工作过程中，驱动控制单元15可根据监测的激光二极管14的工作电流对激光光源驱动电路的参数进行调整，从而保证激光二极管14注入电流稳定，提高激光光源驱动电路的稳定性。

继续参考图1和图3，可选的，本发明实施例提供的激光光源驱动电路还包括工作温度监测单元48，工作温度监测单元48与激光二极管14之间的距离小于预设距离，工作温度监测单元48用于检测激光二极管14的工作温度。

示例性的，如图3所示，工作温度监测单元48可采用专用温度检测IC，在空间布局上，设置工作温度监测单元48的专用温度检测IC并排靠近激光二极管14摆放，工作温度监测单元48与激光二极管14之间的距离小于预设距离，从而对激光二极管14的工作温度情况进行监测，其中，预设距离可根据实际情况进行设置，只要能准确测得激光二极管14的工作温度即可。

工作温度监测单元48还可与驱动控制单元15电连接，在激光二极管14的工作过程中，驱动控制单元15可根据监测的激光二极管14的工作温度对激光二极管14所处环境的温度进行调整，从而保证激光二极管14处于合适的工作温度，提高激光光源驱动电路的稳定性。

其中，驱动控制中心12可采用现场可编程门阵列(FPGA，Field ProgrammableGate Array)芯片，例如采用XILINX的XC7S50-2 FTGB196I芯片，FPGA是在可编程器件的基础上进一步发展的产物，通常作为专用集成电路(Application SpecificIntegratedCircuit，ASIC)领域中的一种半定制电路而出现，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

综上所述，本发明实施例提供的激光光源驱动电路，无源充电电路网络单元10采用第一电阻21、第一二极管22和电感23作为核心的储能器件，使其在驱动开关电路单元12导通时，电感23完成储能，同时激光二极管14被驱动点亮；在驱动开关电路单元12断开时，电感23储能被释放，同时充电电容11两端电压不断升高，达到激光二极管14再一次发射激光所需的工作电压，从而仅通过一个驱动开关电路单元12同时实现了储能和点亮激光二极管14两种功能。并且，应用电路分析理论中无源充放电电电路网络单元，利用第一无源充放电吸收电路网络单元13和第二无源充放电吸收电路网络单元17作为放电或充电路径器件的同时，还用作保护电路的器件，无需额外增加其他更多器件实现保护功能，从而实现电路器件在电路中的功能实现多重复用，提高了系统可靠性的同时，降低了成本。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，以下示例性的提供一种激光光源驱动电路的优选实施例，与上述实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。

具体的，如图1-3所示，本实施例提供的激光光源驱动电路的工作过程如下：

驱动控制单元15产生频率为f，周期为T的LVDS格式的脉冲差分驱动信号，该信号作为激光二极管14的驱动控制信号；与此同步的，驱动控制单元15配置工作电流监测单元47和工作温度监测单元48进入工作状态，实时监测激光器的工作电流、等工作温度工作状态参数，保证激光光源驱动电路的稳定性。

其中，频率为f，周期为T的LVDS格式的脉冲差分驱动信号经过窄脉冲差分信号传递电路单元18、MOS驱动电路单元19和驱动信号匹配电路单元41后接入驱动开关电路单元12。驱动开关电路单元12在LVDS格式的脉冲差分驱动信号为高电平期间导通，电源16此时通过第一电阻21→第一二极管22→电感23→驱动开关电路单元12导通通路路径对电感23进行充电，充电电流为IL，并逐渐增大，充电时间为LVDS格式的脉冲差分驱动信号的高电平时间Ton。

驱动开关电路单元12在LVDS格式的脉冲差分驱动信号为低电平期间断开，此时电感23在经过Ton充电时间后，利用储存的电能对充电电容11进行充电，充电电容11的第一端111的充电电压逐渐升高，其最高电压值Vmax受第二无源充放电吸收电路网络单元17中第三二极管36的钳位电压限制、同时充电电压的大小也受LVDS格式的脉冲差分驱动信号的高电平时间Ton控制，其中，第二无源充放电吸收电路网络单元17可避免驱动开关电路单元12、充电电容11、第一二极管22等超过其耐压值而发生损坏的情况发生。

充电电容11充电完成后，充电电容11的第一端111具有相对于电源16升高了的电压值Vc。当在LVDS格式的脉冲差分驱动信号再次为高电平时，驱动开关电路单元12导通，充电电容11的第一端111被连接到地，由于充电电容11两端电压不能突变，所以充电电容11的第二端112电压为-Vc，此电压作用于激光二极管14和串接的第四电阻461和第五电阻462，以及第一无源充放电吸收电路网络单元13中第一电容31的第一端311和第二二极管33的负极331，使得激光二极管14导通而发光，其中，激光二极管14导通是由于充电电容11的放电电压-VC作用发生，其放电通路的路径为大地→第五电阻462→第四电阻461→激光二极管14→第一电容31→第二二极管33→第二电阻32，第二二极管33的钳位电压可限制工作在激光二极管14的阴极141的工作点电压，从而避免激光二极管14超过其最大可能的工作电压而发生损坏。

依次类推，激光二极管14在脉冲差分驱动信号的驱动控制下可周期性的发射激光脉冲信号，在该激光光源驱动电路用于激光雷达中时，该周期性的激光脉冲信号和测控中心同步之后可做光电探测的源端信号，完成激光雷达测量工作。

本发明实施例提供的激光光源驱动电路，利用无源充电电路网络单元10实现电能的储能，利用第一无源充放电吸收电路网络单元13和第二无源充放电吸收电路网络单元17实现电压的升压保护和放电电路保护的同时还提供了放电和充电相关通路，并且仅采用一个驱动开关电路单元12，实现对激光二极管14发射激光脉冲的驱动控制和激光发射驱动工作点电压的升压开关控制，从而用同样功能器件实现保护和工作充放电的双重功能，减小激光光源驱动电路元器件数量和电路复杂度，降低了开发成本，减小了充电电容11充放电电路路径，提高了窄脉冲发射激光脉冲指标(如激光脉冲上升沿，激光脉冲宽度、脉冲波瓣质量等参数)，最小可驱动控制发射激光脉冲宽度达到600ps。此外，激光光源驱动电路设计采用了工作电流监测单元47和工作温度监测单元48，结合第一无源充放电吸收电路网络单元13和第二无源充放电吸收电路网络单元17对激光光源驱动电路的保护设计，提高了激光光源驱动电路的可靠性。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括上述任一实施例提供的激光光源驱动电路，因此，本发明实施例提供的激光雷达具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

需要注意的是，本发明任一实施例提供的激光光源驱动电路还可用于其他激光测量相关领域，本发明对此不作限定。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种激光光源驱动电路，其特征在于，包括：

无源充电电路网络单元、充电电容、驱动开关电路单元、第一无源充放电吸收电路网络单元、激光二极管和驱动控制单元；

所述无源充电电路网络单元包括第一输入端和第一输出端，所述驱动开关电路单元包括第二输入端、第二输出端和控制端，所述驱动控制单元包括控制信号输出端；所述第一输入端与电源电连接，所述第一输出端分别与所述第二输入端和所述充电电容的第一端电连接，所述第二输出端接地，所述控制端与所述控制信号输出端电连接；

所述第一无源充放电吸收电路网络单元包括第三输入端和第三输出端；所述第三输入端分别与所述充电电容的第二端和所述激光二极管的阴极电连接，所述第三输出端接地，所述激光二极管的阳极接地；

所述无源充电电路网络单元用于对所述充电电容进行充电；所述充电电容用于为所述激光二极管供能；所述驱动开关电路单元用于控制所述无源充电电路网络单元的工作状态；所述驱动控制单元用于控制所述驱动开关电路单元的导通和断开；其中，所述驱动开关电路单元导通时，所述电源对所述无源充电电路网络单元进行充电，且所述充电电容为所述激光二极管供能；所述驱动开关电路单元断开时，所述无源充电电路网络单元对所述充电电容进行充电；

所述第一无源充放电吸收电路网络单元用于在所述充电电容为所述激光二极管供能时提供放电回路。

2.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述激光光源驱动电路还包括第二无源充放电吸收电路网络单元；

所述第二无源充放电吸收电路网络单元包括第四输入端和第四输出端，所述第四输入端分别与所述第一输出端和所述充电电容的第一端电连接；

所述第二无源充放电吸收电路网络单元用于限制所述充电电容的第一端的电压的最大值。

3.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述无源充电电路网络单元包括第一电阻、第一二极管和电感；

所述第一电阻的第一端作为所述第一输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极与所述电感的第一端电连接，所述电感的第二端作为所述第一输出端。

4.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述第一无源充放电吸收电路网络单元包括第一电容，第二电阻和第二二极管；

所述第二二极管的负极作为所述第三输入端，所述第二二极管的正极接地；所述第一电容的第一端与所述第二二极管的负极电连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端接地。

5.根据权利要求2所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述第二无源充放电吸收电路网络单元包括第二电容、第三电阻和第三二极管；

所述第三二极管的负极作为所述第四输入端，所述第三二极管的正极接地；所述第二电容的第一端与所述第三二极管的负极电连接，所述第二电容的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端接地。

6.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述驱动开关电路单元包括MOS管，所述MOS管的漏极作为所述第二输入端，所述MOS管的源极作为所述第二输出端，所述MOS管的栅极作为所述控制端；

所述激光光源驱动电路还包括窄脉冲差分信号传递电路单元、MOS驱动电路单元和驱动信号匹配电路单元；

所述窄脉冲差分信号传递电路单元包括第五输入端和第五输出端，所述MOS驱动电路单元包括第六输入端和第六输出端，所述驱动信号匹配电路单元包括第七输入端和第七输出端；

所述第五输入端与所述控制信号输出端电连接，所述第五输出端与所述第六输入端电连接，所述第六输出端与所述第七输入端电连接，所述第七输出端与所述控制端电连接。

7.根据权利要求6所述的激光光源驱动电路，其特征在于，MOS驱动电路单元包括差分信号接收芯片、电平匹配转换芯片和MOS驱动芯片；

所述电平匹配转换芯片分别与所述差分信号接收芯片和所述MOS驱动芯片电连接。

8.根据权利要求6所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述激光光源驱动电路还包括第一匹配电阻单元、第二匹配电阻单元、第三匹配电阻单元和第四匹配电阻单元；

所述第一匹配电阻单元分别与所述控制信号输出端和所述第五输入端电连接；所述第二匹配电阻单元分别与所述第五输出端和所述第六输入端电连接；所述第三匹配电阻单元分别与所述第六输出端和所述第七输入端电连接；所述第四匹配电阻单元分别与所述第七输出端和所述控制端电连接。

9.根据权利要求8所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述第一匹配电阻单元包括并联的第一匹配电阻和第二匹配电阻，所述第二匹配电阻单元包括第三匹配电阻，所述第三匹配电阻单元包括并联的第四匹配电阻和第五匹配电阻，所述第四匹配电阻单元包括并联的第六匹配电阻和第七匹配电阻。

10.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述激光光源驱动电路还包括工作电流监测单元；

所述工作电流监测单元包括光电检测子单元、差分信号电流电压转换放大子单元和采样ADC电路子单元；所述差分信号电流电压转换放大子单元分别与所述光电检测子单元和所述采样ADC电路子单元电连接，所述采样ADC电路子单元与所述驱动控制单元电连接；

所述光电检测子单元用于检测所述激光二极管的激光发射功率，并生成电流信号；所述差分信号电流电压转换放大子单元用于将所述电流信号放大，并将所述电流信号转换为差分电压信号；所述采样ADC电路子单元用于对所述差分电压信号进行采样，生成采样电压信号；所述驱动控制单元还用于根据所述采样电压信号确定所述激光二极管的工作电流。

11.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述激光光源驱动电路还包括功率电流监测电阻单元和工作电流监测单元，所述工作电流监测单元用于检测所述激光二极管的工作电流；

所述功率电流监测电阻单元包括第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的第一端与所述激光二极管的阳极电连接，所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端电连接，所述第五电阻的第二端接地；所述工作电流监测单元分别与所述第四电阻的第一端和所述第四电阻的第二端电连接。

12.根据权利要求1所述的激光光源驱动电路，其特征在于，所述激光光源驱动电路还包括工作温度监测单元；

所述工作温度监测单元与所述激光二极管之间的距离小于预设距离，所述工作温度监测单元用于检测所述激光二极管的工作温度。

13.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的激光光源驱动电路。

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