CN112904123A - 一种激光器辅助检测装置及激光器检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器辅助检测装置及激光器检测方法，所述激光器辅助检测装置包括：功能主板，其上设置有至少一个脉冲信号模块；以及多个驱动子板，其电性连接于所述功能主板，每个所述驱动子板设置开关驱动模块、高速高耐压开关、电容模块及激光器焊盘；其中，所述开关驱动模块的输入端是电性连接于所述脉冲信号模块的输出端，所述高速高耐压开关的输入端是电性连接于所述开关驱动模块的输出端，所述电容模块是电性连接于所述激光器焊盘。通过本公开的一种激光器辅助检测装置，提高激光器老化及可靠性实验的效率。

Description

一种激光器辅助检测装置及激光器检测方法

技术领域

本发明属于激光器技术领域，特别涉及一种激光器辅助检测装置及激光器检测方法。

背景技术

在激光雷达应用领域，需要采用大功率激光器作为光源发射激光，但是激光器的功率越高，则对于人眼会产生非常严重的损害，目前对于这类激光器的驱动采用的是短脉冲驱动，约数纳秒，短时间内射出数百瓦的光功率，这样短时间内射出的光不会超过眼睛的损伤阈值，这样能提高激光雷达的应用速度。

此类激光雷达的使用条件，对于激光器厂家提出了更严苛的可靠性要求。纳秒级脉冲对于电路设计中的寄生电感非常敏感，寄生电感超过几个纳亨，则脉宽和峰值电流无法同时到达几个纳秒和几百安培。在驱动板上设置激光器时，每个驱动板需要输入触发信号，供电电源和高压电源，这样则导致一套仪表和一个驱动板只能老化一个激光器，难以满足生产过程老化或可靠性验证的批量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器辅助检测装置及激光器检测方法，所述激光器辅助检测装置通过设置一个功能主板和多个驱动子板，提高激光器的老化筛选、可靠性测试和寿命检测的效率。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种激光器辅助检测装置，其包括：

功能主板，其上设置有至少一个脉冲信号模块；以及

多个驱动子板，其电性连接于所述功能主板，每个所述驱动子板设置开关驱动模块、高速高耐压开关、电容模块及激光器焊盘；

其中，所述开关驱动模块的输入端是电性连接于所述脉冲信号模块的输出端，所述高速高耐压开关的输入端是电性连接于所述开关驱动模块的输出端，所述电容模块是电性连接于所述激光器焊盘。

在本发明一实施例中，所述激光器辅助检测装置还包括高压供电模块，其设置在所述功能主板上，且电性连接于所述电容模块。

在本发明一实施例中，所述激光器辅助检测装置还包括低电压供电模块，其设置在所述功能主板上，且电性连接于所述开关驱动模块。

在本发明一实施例中，所述功能主板上还包括多个高速插槽，多个所述高速插槽沿所述功能主板的边缘设置，相邻的所述高速插槽之间有一定间距。

在本发明一实施例中，所述驱动子板还包括多个金属连接装置，多个所述金属连接装置并排设置在所述驱动子板的一侧，且位于远离所述开关驱动模块的一侧。

在本发明一实施例中，所述高速插槽允许所述驱动子板插入所述高速插槽内，且为所述驱动子板靠近所述金属连接装置的一侧插入所述高速插槽内。

在本发明一实施例中，所述脉冲信号模块包括可编程门阵列芯片和相位延迟模块，所述可编程门阵列芯片的输出端是电性连接于所述相位延迟模块的输入端。

在本发明一实施例中，电容模块包括至少一个多层贴片陶瓷电容，且多个所述多层贴片陶瓷电容并联。

在本发明一实施例中，所述高压供电模块和所述电容模块之间还包括至少一个贴片电阻，多个所述贴片电阻并联。

本发明还提供一种激光器的检测方法，使用所述激光器辅助检测装置，其包括以下步骤：

将激光器焊接到所述激光器焊盘上；

将多个所述驱动子板靠近所述金属连接装置的一侧，插入所述高速插槽；

将所述功能主板连接到电源，及测试装置；

开启所述电源和所述测试装置，对所述激光器进行检测。

如上所述本发明提供的一种激光器辅助检测装置，通过在一个功能主板设置电性连接多个驱动子板，同时对多个激光器进行老化测试和可靠性测试；通过将激光器焊接在所述驱动子板上，降低寄生电感；通过高压供电模块为所述电容模块充电，产生高频、大功率且稳定的脉冲电流；通过所述脉冲信号模块和所述开关驱动模块，产生纳秒级控制信号，控制所述激光器高速高耐压开关的开关，进而控制所述激光器的开关。本发明提供的所述激光器辅助检测装置及其工作方法，实现激光器的批量老化实验、批量可靠性实验和寿命检测。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种激光器辅助检测装置结构俯视图。

图2为一种激光器辅助检测装置结构侧视图。

图3为一种驱动子板结构俯视图。

图4为一种激光器辅助检测装置功能模块电性连接图。

图5为一种脉冲信号模块结构图。

图6为一种脉冲信号形成图。

图7为一种窄脉冲控制信号形成图。

图8为电容模块电压曲线和激光器的电流曲线图。

图9为一种脉冲电流信号曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在激光雷达应用领域，需要采用大功率激光器30作为光源发射激光，激光照射物体后，则返回激光被探测器探测，采用光的往返时间则可以计算目标距离。随着无人驾驶技术发展越来越快，对于探测距离的要求也越来越远，这就要求激光器30功率越来越高。但是激光器30的功率越高，激光器30发出的光对人眼会产生非常严重的损害。目前对于这类激光器30的驱动采用的是短脉冲驱动，约数纳秒，短时间内射出大功率的光，所述功率的范围为几十瓦到数百瓦，光的频率范围为数十千赫兹到十兆赫兹，光的脉冲为纳秒级脉冲，这样短时间内射出的光不会超过眼睛的损伤阈值，这样能提高激光雷达的应用速度。

此类激光雷达的使用条件，对于激光器30厂家提出了更严苛的可靠性要求。但目前厂家制作出来的芯片，难以按照实际使用条件进行老化筛选或者可靠性研究，大部分厂家只能采用微秒级脉冲，几安培电流老化，这种老化获取的可靠性结果及失效模式往往无法与实际使用过程中的可靠性结果和失效模式完全匹配。

无法于实际使用采用一样条件的原因是，纳秒级脉冲对于电路设计中的寄生电感非常敏感，寄生电感超过几个纳亨，则脉宽和峰值电流无法同时到达几个纳秒和几百安培。当激光器30连接到设备(驱动板)上时，产生的寄生电感较大，会超过纳亨级。且每个驱动板需要输入触发信号，供电电源和高压电源，这样则导致一套仪表和一个驱动板只能老化一个激光器30，难以满足生产过程老化或可靠性验证的批量需求。

请参阅图1至图4所示，本发明提供一种激光器辅助检测装置，用于产生纳秒级的脉冲信号，实现激光器30的批量老化，将所述激光器辅助检测装置上焊接激光器30，并将其放置在高温炉子里，做高温在线可靠性，用来实现一定温度下，激光器30的批量可靠性验证。所述激光器辅助检测装置包括：

功能主板10，其上设置有至少一个脉冲信号模块103；

多个驱动子板20，其电性连接于功能主板10，每个驱动子板20上设置开关驱动模块204、高速高耐压开关203、电容模块202及激光器焊盘201；

其中，开关驱动模块204的输入端是电性连接于脉冲信号模块103的输出端，高速高耐压开关203的输入端是电性连接于开关驱动模块204的输出端，电容模块202是电性连接于激光器焊盘201。

请参阅图1所示，本发明提供的一种激光器辅助检测装置，在驱动子板20的激光器焊盘201上焊接激光器30，再通过多个驱动子板20与同一功能主板10电性连接，可同时对多个激光器30的进行老化实验和可靠性测试。焊接在驱动子板上的激光器30可相同或者不同，包括但不限于激光器的尺寸、功率等相同或者不同，以满足一次老化测试中同时完成相同或者不同激光器的性能测试。

请参阅图1至图2所示，在本发明一实施例中，所述激光器辅助检测装置包括功能主板10和多个驱动子板20，在功能主板10的边缘设置多组高速插槽101，每个驱动子板20上设置有多个金属连接装置205，例如为金手指。通过将驱动子板20的一侧插入高速插槽101，驱动子板20上的金属连接装置205和高速插槽101电性连接，进而实现功能主板10上的多个功能模块和多个驱动子板20上的多个功能模块电性连接。其中，本发明对功能主板10和驱动子板20的位置关系不做限定，在本实施例中，驱动子板20在功能主板10上竖直排列，在其它实施例中，驱动子板20在功能主板10上沿水平方向排列。相邻的驱动子板20之间存在一定间距，所述间距允许功率探头(功率测试装置)在每两个子板之间移动，确保所述功率探头能够接收每个驱动子板20上激光器30发出的光信号，便于实现激光器30的在线监控。

请参阅图1至图2所示，图1至图2为所述激光器辅助检测装置的结构图，功能主板10上包括多个功能模块和高速插槽101。功能主板10上的所述功能模块包括高压供电模块102、脉冲信号模块103、低压供电模块104；多个所述功能模块和在驱动主板上的位置不作具体限定。在本发明一实施例中，高压供电模块102、脉冲信号模块103、低压供电模块104沿驱动主板的长边，且沿功能主板10的中轴线并排设置，且脉冲信号模块103位于高压供电模块102和低压供电模块104之间。功能主板10的两侧，且位于驱动主板的边缘，并排设置多个高速插槽101，高速插槽101内设置有多个连接装置(未显示)，用于与驱动子板20电性连接。

请参阅图3所示，驱动子板20包括多个所述功能模块和多个金属连接装置205。在本发明一实施例中，多个金属连接装置205位于驱动子板20的一侧，且多个金属连接装置205并排设置，多个金属连接装置205所在的边长与高速卡槽对应设置，允许驱动子板20插入高速插槽101内，且每个金属连接装置205和高速插槽101内的连接装置对应连接，用于传递多路电信号。在本实施例中，金属连接装置205例如为金手指，金属连接装置205的数量例如为6个，其传递的信号依次为高压供电模块102的输出电信号：高压通路HV、地通路GND；脉冲信号模块103的输出电信号：脉冲信号S+、脉冲信号S-；低压供电模块104的输出电信号：地通路GND、低压通路LV。

请参阅图3所示，在驱动子板20的另一侧设置有多个所述功能模块，所述功能模块包括：开关驱动模块204、高速高耐压开关203、电容模块202及激光器焊盘201；多个所述功能模块在驱动子板上的位置不做限定，在本发明一实施例中，激光器焊盘201、高速高耐压开关203、开关驱动模块204并排设置在驱动子板20远离金属连接装置205的一侧，电容模块202位于激光器焊盘201和金属连接装置205之间。

请参阅图4所示，在本发明一实施例中，高压供电模块102的输出端电性连接于电容模块202，电容模块202电性连接于激光器焊盘201，激光器焊盘201上焊接有激光器30，电容模块202电性连接于激光器30的一端，激光器30的另一端通过高速高耐压开关203与地连接，当高速高耐压开关203开启时，激光器30的另一端与地连接，当高速高耐压开关203关断时，激光器30的另一端断路；脉冲信号模块103的输出端电性连接于开关驱动模块204的输入端，开关驱动模块204的输出端电性连接于高速高耐压开关203的控制端，用于控制高速高耐压开关203的开启与关断。其中，在功能主板10和驱动子板20上，采用PCB布线将不同的所述功能模块电性连接。

请参阅图4、图8和图9所示，在本发明一实施例中，高压供电模块102输出用于为电容模块202充电。当电容充满后，高速高耐压开关203打开，激光器30通过高速高耐压开关203连接到地上，电容模块202和驱动子板20上的寄生电感形成共振电路，产生一定的脉冲电流，电容模块202上的电压变化曲线和激光器30上的电流曲线如图8所示。在放电区，电容模块202上的电压迅速降低，激光器30上瞬间产生高峰值，窄脉冲的脉冲电流信号。完成此轮放电后，高速高耐压开关203断开，电容模块202开始进入下一轮充电模式，如此反复进行，形成如图9所示的所述脉冲电流信号，所述脉冲电流信号的周期为数纳秒，所述脉冲信号的峰值为几百安培。所述脉冲电流用于老化激光器30。

请参阅图4、图8和图9所示，在本发明一实施例中，电容模块202包括多层贴片陶瓷电容，所述多层贴片陶瓷电容具有小的寄生电感。本发明对电容模块202中的电容数量不做限定，在本实施例中，电容模块202包括多颗并联的多层贴片陶瓷电容，以进一步减少寄生电感的大小，进而减少所述电流信号上升沿的时间，进而提高所述电流信号的峰值功率。

请参阅图4、图8和图9所示，在本发明一实施例中，高压供电模块102和电容模块202之间还包括多个电阻，电阻为贴片电阻，不同频率的所述脉冲电流信号匹配不同阻值的电阻。所述多个电阻并联，获得需要的阻值。采用多个电阻并联，以减少回路电感的大小，进而减少所述电流信号上升沿的时间，进而提高所述电流信号的峰值功率。当需要调整激光器30的发光频率(即9中的周期)，可通过更换电容模块202的电容值，和高压供电模块102和电容模块202之间的电阻值，实现高的充电速率和放电速率，提高激光器的使用重频。

请参阅图4所示，在本发明一实施例中，功能主板10上还包括低压供电模块104，低压供电模块104的输出端电性连接于开关驱动模块204，为开关驱动模块204供电。

请参阅图4、图5和图6所示，在本发明一实施例中，脉冲信号模块103用于产生纳秒级的脉冲输出。脉冲信号模块103包括可编程门阵列芯片103a和相位延迟模块103b，可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)芯片103a的输出端电性连接于相位延迟模块103b的输入端。可编程门阵列芯片103a用于产生脉冲信号，其中，所述脉冲信号的脉宽小于几十纳秒，例如为10ns，所述脉冲信号的重频频率为数十千赫兹到数千兆赫兹，例如为0.5千兆赫兹，所述脉冲信号的幅度例如为5V。信号相位延迟模块103b的输入端是电性连接于现场可编程门阵列103a的输出端，将所述脉冲信号分成两路，其中一路保持原输入信号相位，而另外一路延迟的时间为例如1-10ns，例如可以为2ns，则输出电波形如图6所示。在一些实施例中，脉冲信号模块103可以形成多路脉冲输出信号S+以及延迟时间不同的多路脉冲输出信号S-。

请参阅图4和图7所示，在本发明一实施例中，脉冲信号模块103的输出端电性连接于开关驱动模块204的输入端，开关驱动模块204用于产生窄脉冲控制信号，脉冲信号模块103输出的两路具有不同相位的所述脉冲信号，如图7所示，开关驱动模块204的输入信号为例如为具有一定相位差的脉冲信号S+、和脉冲信号S-，当脉冲信号S-信号为低电平时，开关驱动模块204的输出脉冲信号S+；当脉冲信号S-信号为高电平时，开关驱动模块204的输出低电平，进而在开关驱动模块204的输出端获得纳秒级的所述窄脉冲控制信号。所述窄脉冲光控制信号的脉宽即为所述脉冲信号的延迟时间，例如为2ns。在一些实施例中，当需要测试不同脉冲条件下的激光器30的老化性能时，可以将驱动子板20分成多个子区域，脉冲信号模块103可以对应子区域的数量输出多路脉冲信号S+以及延迟时间不同的多路脉冲输出信号S-，每一路脉冲信号S+以及延迟脉冲输出信号S-输入对应子区域的驱动子板20，进而在不同子区域的开关驱动模块204的输出端获得不同纳秒级的所述窄脉冲控制信号，脉冲信号模块103的数量至少为1个，数量可依实际设计而定。

请参阅图7、图8和图9所示，所述窄脉冲控制信号和所述脉冲电流信号的相位具有一定的关系，当所述窄脉冲控制信号为高电平时，电容模块202产生所述脉冲电流信号，当所述窄脉冲信号为低电平时，激光器30断路，电容模块进行充电。所述脉冲电流信号的脉宽和周期与所述窄脉冲控制信号相同，所述脉冲电流信号的脉宽例如为例如1-10ns，例如可以为2ns，周期为20ns。

请参阅图4所示，在本发明一实施例中，开关驱动模块204的输出端电性连接于高速高耐压开关203的控制端。开关驱动模块204的输出端电性连接于高速高耐压开关203的控制端，激光器30与高速高耐压开关203的一端(正极)连接，高速高耐压开关203的另一端(负极)与地连接。当所述窄脉冲控制信号为高电平时，高速高耐压开关203导通，激光器30的另一端(负极)接地，激光器30工作，发光；当所述窄脉冲控制信号为低电平时，高速高耐压开关203断开，激光器30断路，不发光。且所述窄脉冲控制信号和所述脉冲电流信号的相位具有一定的关系，当所述窄脉冲控制信号为高电平时，电容模块202产生所述脉冲电流信号。高速高耐压开关203为相应速度快、高耐压、大电流的控制开关，高速高耐压开关203例如氮化镓电子器件，具体地，例如为氮化镓场效应晶体管(GAN-FET)，氮化镓高电子迁移率晶体管(GAN-HEMT)，SiC(碳化硅)开关，氮化铝开关，砷化镓，硅等半导体材料的开关器件。

请参阅图4所示，在本发明一实施例中，激光器焊盘201为设置在驱动子板20上的一金属焊盘，金属焊盘设置在驱动子板20的一侧。在测试激光器30时，将激光器30采用表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)，将激光器30焊接在激光器焊盘201上，这样连接方法使驱动板和激光器30之间的寄生电感最小，进而确保激光器30的驱动电流的脉冲最小，峰值电流最大，具体的，所述驱动电流为几个纳秒脉冲，数百安培峰值电流。

请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在使用所述激光器辅助检测装置测试激光器30时，主要操作步骤包括：

将激光器30通过表面贴装技术(SMT)，焊接到激光器焊盘201上；

将多个驱动子板20靠近金属连接装置205的一侧，插入高速插槽101；

将功能主板10连接到电源，及测试装置；

其中，所述测试装置包括老化实验装置、可靠性实验装置、寿命检测装置。

通过以上步骤将激光器30和所述激光器辅助检测装置电性连接，以实现激光器30的批量老化实验、批量可靠性实验和批量寿命检测。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种激光器辅助检测装置，其特征在于，其至少包括：

功能主板，其上设置有至少一个脉冲信号模块；以及

多个驱动子板，其电性连接于所述功能主板，每个所述驱动子板设置开关驱动模块、高速高耐压开关、电容模块及激光器焊盘；

其中，所述开关驱动模块的输入端是电性连接于所述脉冲信号模块的输出端，所述高速高耐压开关的输入端是电性连接于所述开关驱动模块的输出端，所述电容模块是电性连接于所述激光器焊盘。

2.根据权利要求1所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述激光器辅助检测装置还包括高压供电模块，其设置在所述功能主板上，且电性连接于所述电容模块。

3.根据权利要求2所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述激光器辅助检测装置还包括低电压供电模块，其设置在所述功能主板上，且电性连接于所述开关驱动模块。

4.根据权利要求1所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述功能主板上还包括多个高速插槽，多个所述高速插槽沿所述功能主板的边缘设置，相邻的所述高速插槽之间有一定间距。

5.根据权利要求4所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述驱动子板还包括多个金属连接装置，多个所述金属连接装置并排设置在所述驱动子板的一侧，且位于远离所述开关驱动模块的一侧。

6.根据权利要求5所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述高速插槽允许所述驱动子板插入所述高速插槽内，且所述驱动子板靠近所述金属连接装置的一侧插入所述高速插槽内。

7.根据权利要求1所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述脉冲信号模块包括可编程门阵列芯片和相位延迟模块，所述可编程门阵列芯片的输出端是电性连接于所述相位延迟模块的输入端。

8.根据权利要求1所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，电容模块包括至少一个多层贴片陶瓷电容，且多个所述多层贴片陶瓷电容并联。

9.根据权利要求2所述的一种激光器辅助检测装置，其特征在于，所述高压供电模块和所述电容模块之间还包括至少一个贴片电阻，多个所述贴片电阻并联。

10.一种激光器的检测方法，使用权利要求1至权利要求9所述的激光器辅助检测装置，其特征在于，其包括以下步骤：

将激光器焊接到所述激光器焊盘上；

将多个所述驱动子板靠近所述金属连接装置的一侧，插入所述高速插槽；

将所述功能主板连接到电源，及测试装置；

开启所述电源和所述测试装置，对所述激光器进行检测。

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