CN114527450A - 驱动脉冲生成电路及激光雷达 - Google Patents

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史亚盼
贾冬冬
赵永瑞
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Abstract

本发明涉及激光技术领域，提供了一种驱动脉冲生成电路及激光雷达，上述驱动脉冲生成电路包括：初始脉冲产生单元、微分单元及与门；初始脉冲产生单元的输出端分别与微分单元的输入端及与门的第一输入端连接；微分单元的输出端与与门的第二输入端连接；初始脉冲产生单元用于产生初始脉冲；与门的输出端输出目标驱动脉冲。本发明采用微分电路产生尖脉冲，进而采用与门与初始脉冲相与，不仅可以产生脉冲宽度极窄的脉冲，电路结构简单，成本低，且产生的目标驱动脉冲与初始脉冲具有严格的时序关系，在激光雷达系统中能方便的实现复杂的发光时序控制。

Description

驱动脉冲生成电路及激光雷达
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种驱动脉冲生成电路及激光雷达。
背景技术
激光驱动电路是激光雷达系统重要的一部分，随着多线激光雷达的普及应用，对激光二极管发光的重频要求越来越高。随着重频的提升，驱动信号通常采用窄脉冲，以降低平均功率，从而降低对激光二极管的热损伤，提高激光雷达系统的整体寿命。
现有技术中，可以采用FPGA，提升其参考时钟频率，以产生小于5ns的激光驱动脉冲，但该方法成本高，且脉冲宽度不能达到1-2ns，不能满足实际应用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了驱动脉冲生成电路及激光雷达，以解决现有技术中采用FPGA产生激光驱动脉冲，成本高，效果不佳的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种驱动脉冲生成电路，包括：初始脉冲产生单元、微分单元及与门；
初始脉冲产生单元的输出端分别与微分单元的输入端及与门的第一输入端连接；
微分单元的输出端与与门的第二输入端连接；
初始脉冲产生单元用于产生初始脉冲；
与门的输出端输出目标驱动脉冲。
可选的，微分单元包括：第一电阻及第一电容；
第一电容的第一端与微分单元的输入端连接，第一电容的第二端分别与第一电阻的第一端及微分单元的输出端连接；
第一电阻的第二端接地。
可选的，驱动脉冲生成电路还包括：单向导通元件；
单向导通元件的阳极接地，单向导通元件的阴极分别与第一电容的第二端、第一电阻的第一端及微分单元的输出端连接。
可选的，单向导通元件为快恢复肖特基二极管。
可选的，驱动脉冲生成电路还包括：限流单元；
限流单元的输入端与与门的输出端连接，限流单元的输出端输出驱动脉冲。
可选的，限流单元包括：第二电阻；
第二电阻的第一端与限流单元的输入端连接，第二电阻的第二端与限流单元的输出端连接。
可选的，第二电阻的阻值小于10Ω。
可选的，初始脉冲宽度Tw的取值范围为：
5τ<Tw<10τ
τ＝RC
其中，R为第一电阻的阻值，C为第一电容的容值，τ为时间常数。
可选的，第一电阻的阻值范围为10Ω～30Ω，第一电容的容值范围为330pF～560pF。
本发明实施例第二方面提供了一种激光雷达，包括本发明实施例第一方面中的任一种驱动脉冲生成电路及激光二极管驱动装置；
驱动脉冲生成电路的与门的输出端与激光二极管驱动装置连接。。
本发明实施例提供了一种驱动脉冲生成电路及激光雷达，上述驱动脉冲生成电路包括：初始脉冲产生单元、微分单元及与门；初始脉冲产生单元的输出端分别与微分单元的输入端及与门的第一输入端连接；微分单元的输出端与与门的第二输入端连接；初始脉冲产生单元用于产生初始脉冲；与门的输出端输出目标驱动脉冲。本发明实施例中采用微分电路产生尖脉冲，进而采用与门与初始脉冲相与，可以产生脉冲宽度极窄的脉冲，电路结构简单，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种驱动脉冲生成电路的结构示意图；
图2是图1所示的驱动脉冲生成电路对应的波形图；
图3是本发明实施例提供的一种驱动脉冲生成电路的电路原理图；
图4是本发明实施例提供的驱动脉冲生成电路没有设置单向导通元件时对应的波形图；
图5是本发明实施例提供的驱动脉冲生成电路设置单向导通元件时对应的波形图；
图6是本发明实施例提供的又一种驱动脉冲生成电路的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，本发明实施例提供了一种驱动脉冲生成电路，包括：初始脉冲产生单元11、微分单元12及与门U1；
初始脉冲产生单元11的输出端分别与微分单元12的输入端及与门U1的第一输入端A连接；
微分单元12的输出端与与门U1的第二输入端B连接；
初始脉冲产生单元11用于产生初始脉冲；
与门U1的输出端C输出目标驱动脉冲。
本发明实施例中，采用微分单元12产生尖脉冲波，且该尖脉冲的上升沿时间短，高频特性好。例如，参考图2，根据与门U1的特性，当两个输入端均为高电平时，与门U1输出高电平。上述尖脉冲与初始脉冲(几十ns)与后，可以输出一个极窄的驱动脉冲(1-2ns)，电路结构简单，成本低，且脉冲宽度可满足更快速的发光重频的要求，适于实际应用。
同时，参考图2，由于微分单元产生的该尖脉冲上升沿快，从而使得该尖脉冲与初始脉冲具有严格的时序关系，进而使得驱动脉冲与初始脉冲也具有严格的时序关系，在多线激光雷达和MEMS激光雷达中可以方便地实现复杂的发光时序和MEMS同步发光时序，降低了对初始脉冲产生单元的时钟要求，降低了成本。
一些实施例中，参考图3，微分单元12可以包括：第一电阻R1及第一电容C1；
第一电容C1的第一端与微分单元12的输入端连接，第一电容C1的第二端分别与第一电阻R1的第一端及微分单元12的输出端连接；
第一电阻R1的第二端接地。
本发明实施例中，可采用电容电阻微分电路，器件简单，成本低，效果好。其中，由于脉冲宽度与微分电路的时间常数有关，可通过调整第一电容C1和第一电阻R1的参数，调整时间常数，从而调整目标驱动脉冲的宽度。
一些实施例中，第一电容C1可以为无极性电容。
一些实施例中，参考图3，驱动脉冲生成电路还可以包括：单向导通元件D1；
单向导通元件D1的阳极接地，单向导通元件D1的阴极分别与第一电容C1的第二端、第一电阻R1的第一端及微分单元12的输出端连接。
本发明实施例中，参考图4，在初始脉冲的下降沿时刻，微分单元12会产生一个负向的尖峰脉冲，该负向的尖峰脉冲输入与门U1，可能会对与门U1产生一定的影响，造成与门U1损坏。因此，参考图3，本发明实施例中设置单向导通元件D1，当微分单元12产生负向尖峰脉冲时，单向导通元件D1导通，将与门U1的第二输入端B的电压钳位，使得该点电位不会太低，防止对与门U1产生影响，损坏器件。同时，在微分单元12的作用下，该点电位慢慢恢复至0V，例如，参考图5。
一些实施例中，参考图3，单向导通元件D1可以为肖特基二极管。
肖特基二极管开关特性好，反向恢复时间短，满足高频应用需求。且肖特基二极管正向压降低，也即钳位电压低，保证了与门U1的安全性，改善了与门U1输入波形的质量。
一些实施例中，肖特基二极管的正向压降可以为0.35V。
一些实施例中，肖特基二极管的恢复时间可以小于20ns。
肖特基二极管可将与门U1的第二输入端B的电压钳位在-0.35V，确保了与门U1的安全。
一些实施例中，参考图6，驱动脉冲生成电路还可以包括：限流单元13；
限流单元13的输入端与与门U1的输出端C连接，限流单元13的输出端输出驱动脉冲。
当驱动脉冲生成电路用于驱动激光二极管驱动装置时，当激光二极管驱动装置快速开关时，会产生震荡信号，对驱动脉冲的波形会产生影响。因此，本发明实施例中，在与门U1的输出端C接限流单元13，用于防止震荡信号的影响，改善驱动信号波形。
一些实施例中，参考图3，限流单元13可以包括：第二电阻R2；
第二电阻R2的第一端与限流单元13的输入端连接，第二电阻R2的第二端与限流单元13的输出端连接。
一些实施例中，第二电阻R2的阻值可以小于10Ω。
其中，限流单元13可以为电阻。为改善目标驱动脉冲的波形质量，消除过冲和振铃，第二电阻R2不应太大，通常应当小于10Ω。
进一步的，第二电阻R2的阻值也可以为0Ω，以保证最快的频率响应。
一些实施例中，初始脉冲宽度Tw的取值范围可以为：
5τ<Tw<10τ
τ＝RC
其中，R为第一电阻R1的阻值，C为第一电容C1的容值，τ为时间常数。
本发明实施例中，微分单元12由电阻电容形成，根据电阻电容微分的特性，若
Figure BDA0003556771950000061
微分单元12输出的脉冲波形较宽，经过与门U1后无法产生较窄的驱动脉冲；而若
Figure BDA0003556771950000062
则微分单元12输出脉冲波形又太窄，同样经过与门U1后无法产生理想的驱动脉冲；当初始脉冲宽度Tw满足5τ<Tw<10τ时，微分单元12输出的波形较好，可用于产生符合实际应用需求的驱动脉冲。
进一步的，由于τ＝RC，初始脉冲宽度Tw限制了第一电阻R1和第一电容C1的取值范围，当初始脉冲宽度Tw确定时，可在上述范围内对第一电阻R1和第一电容C1的参数进行微调，以调整目标驱动脉冲的宽度。
一些实施例中，第一电阻R1的阻值范围可以为10Ω～30Ω，第一电容C1的容值范围可以为330pF～560pF。
当第一电阻R1的阻值为10Ω，第一电容C1的容值为560pF时，可以输出宽度为2ns左右的目标驱动脉冲。调整第一电阻R1和第一电容C1，可以输出宽度为1ns的目标驱动脉冲。
对应于上述任一种驱动脉冲生成电路，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种驱动脉冲生成电路及激光二极管驱动装置；
驱动脉冲生成电路的与门的输出端与激光二极管驱动装置连接。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驱动脉冲生成电路，其特征在于，包括：初始脉冲产生单元、微分单元及与门；
所述初始脉冲产生单元的输出端分别与所述微分单元的输入端及所述与门的第一输入端连接；
所述微分单元的输出端与所述与门的第二输入端连接；
所述初始脉冲产生单元用于产生初始脉冲；
所述与门的输出端输出目标驱动脉冲。
2.如权利要求1所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述微分单元包括：第一电阻及第一电容；
所述第一电容的第一端与所述微分单元的输入端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一电阻的第一端及所述微分单元的输出端连接；
所述第一电阻的第二端接地。
3.如权利要求2所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述驱动脉冲生成电路还包括：单向导通元件；
所述单向导通元件的阳极接地，所述单向导通元件的阴极分别与所述第一电容的第二端、所述第一电阻的第一端及所述微分单元的输出端连接。
4.如权利要求3所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述单向导通元件为快恢复肖特基二极管。
5.如权利要求2所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述驱动脉冲生成电路还包括：限流单元；
所述限流单元的输入端与所述与门的输出端连接，所述限流单元的输出端输出所述驱动脉冲。
6.如权利要求5所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述限流单元包括：第二电阻；
所述第二电阻的第一端与所述限流单元的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述限流单元的输出端连接。
7.如权利要求6所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值小于10Ω。
8.如权利要求2所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述初始脉冲宽度Tw的取值范围为：
5τ<Tw<10τ
τ＝RC
其中，R为所述第一电阻的阻值，C为所述第一电容的容值，τ为时间常数。
9.如权利要求8所述的驱动脉冲生成电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值范围为10Ω～30Ω，所述第一电容的容值范围为330pF～560pF。
10.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的驱动脉冲生成电路及激光二极管驱动装置；
所述驱动脉冲生成电路的与门的输出端与所述激光二极管驱动装置连接。
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