CN114678766A - 一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法 - Google Patents

一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114678766A
CN114678766A CN202210244852.XA CN202210244852A CN114678766A CN 114678766 A CN114678766 A CN 114678766A CN 202210244852 A CN202210244852 A CN 202210244852A CN 114678766 A CN114678766 A CN 114678766A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
voltage
gallium nitride
laser
driving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210244852.XA
Other languages
English (en)
Inventor
武玉柱
郭振亚
蔡文利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Hongjingzhijia Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Hongjingzhijia Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Hongjingzhijia Technology Co ltd filed Critical Beijing Hongjingzhijia Technology Co ltd
Priority to CN202210244852.XA priority Critical patent/CN114678766A/zh
Publication of CN114678766A publication Critical patent/CN114678766A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，将1.4V电压作为氮化镓芯片的驱动芯片的前级参考地，以使得氮化镓芯片在开启前其门级电压达到1.4V；将7V电压作为氮化镓芯片的驱动芯片的供电电压，以使得所述驱动芯片具备可输出7V电压的能力；所述驱动芯片接收前级的窄脉冲信号，将氮化镓芯片的门级1.4V电压驱动至7V电压，以获得高激光峰值功率；本发明可以大幅提高基于氮化镓驱动的窄脉冲激光发射电路的峰值功率，有利于提高采用此技术的激光雷达测距距离，这将大幅提高激光雷达的测距性能。

Description

一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法。
背景技术
激光雷达需要尽可能大的激光率，使得激光可以射到尽量远的距离，另外还需要尽可能窄的脉宽，以提高信号的信噪比，以防当环境中噪声较大(例如中午阳光强烈)，激光的信号被环境中的其他光源淹没而无法识别，为了产生窄脉冲，逻辑电路通常需要使用尽可能小的封装和小的走线长度，以获得较小的寄生电感，若电路中的寄生电感偏大，则很难产生非常窄的脉冲，但小封装的芯片由于工艺问题，通常耐压值不会太高，例如TI的1020和1025芯片，其供电电压最高只允许5.75V，再高则有损坏芯片的风险。
氮化镓芯片作为一个大功率开关，它的门级需要一个高速功率驱动器，因为寄生电容偏大，如果门级的驱动供电能力不足则难以将门级电压在2ns这样的短时间内升到目标值。
若采用分立器件搭建氮化镓芯片的驱动电路，常规功率MOS管的开关速度都难以达到需求，当然，在一些其他类型的产品中，常规器件是完全可行的，因为如果不要求窄脉冲的话，开关速度略慢是可以接受的，但是激光雷达中则不行，因为激光雷达需要的是几个纳秒级别的窄的脉冲，且越窄越好，只有类似1020或1025这样集成芯片能够满足需求，这是半导体工艺决定的。半导体的工艺决定了开关速度，而更高的开关速度的工艺通常意味着更小的尺寸和更低的耐压。
但氮化镓芯片的门级电压最高允许到7V，这是氮化镓的工艺决定的。氮化镓芯片的开启程度与门级电压正相关。那么按照正常方法使用1020或1025驱动氮化镓芯片，在门级上的电压只能最高达到5.75V，离最高电压7V尚有差距，这就意味着氮化镓芯片尚未发挥全部能力。
因此，如何设计一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，以使得氮化镓芯片发挥全部能力。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法。
本发明所采用的技术方案是：
本发明提供了一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，包括：
向氮化镓芯片的驱动芯片提供一个前级参考地电压Vn，以使得氮化镓芯片在开启前其门级电压达到Vn；
向氮化镓芯片的驱动芯片提供一个供电电压Vm，以使得所述驱动芯片具备可输出Vm电压的能力；
所述驱动芯片接收前级的窄脉冲信号，将氮化镓芯片的门级Vn电压驱动至Vm电压，以获得高激光峰值功率。
优选的，在所述驱动芯片与地之间设置1.4V电源，使得Vn＝1.4V。
优选的，在所述驱动芯片的供电端设置7V电源作为其供电电源，使得Vm＝7V。
优选的，所述驱动芯片的输出电压范围为Vn-Vm，以使得氮化镓芯片获得最大开启程度。
优选的，在需要发射激光之前，先打开1.4V电源，用于将氮化镓芯片门级电压达到1.4V，再打开7V电源。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明可以大幅提高基于氮化镓驱动的窄脉冲激光发射电路的峰值功率，有利于提高采用此技术的激光雷达测距距离，这将大幅提高激光雷达的测距性能。
附图说明
图1为现有技术氮化镓驱动的激光器电路的模型图；
图2为现有技术氮化镓驱动的激光器电路的仿真图；
图3为本发明氮化镓驱动的激光器电路的模型图；
图4位本发明氮化镓驱动的激光器电路的仿真图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
氮化镓芯片的特性，是其开启门级电压通常在1.4V，在1.4V之下，其电流极其微小，超过1.4V之后开启程度开始增加，电流增加迅速，达到7V时，开启程度达到最大。
参考图1、图2，图2中V为TI1020芯片给氮化镓芯片的门级驱动电压，最高值约为5V；I为流过激光器的电流，此时，峰值电流约为42A，由此可见该技术中由于不能激发氮化镓芯片的全部能力，激光发射功率有待提高，因此造成激光雷达的测距距离较短，测距性能较差。
参考图3、图4，本发明提供的一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，包括：
将1.4V电压作为氮化镓芯片的驱动芯片的前级参考地，以使得氮化镓芯片在开启前其门级电压达到1.4V；将7V电压作为氮化镓芯片的驱动芯片的供电电压，以使得所述驱动芯片具备可输出7V电压的能力；所述驱动芯片接收前级的窄脉冲信号，将氮化镓芯片的门级1.4V电压驱动至7V电压，以获得高激光峰值功率。
在一个优选的实施例中，驱动芯片采用TI1025芯片(仅作示例而言，并不对本发明做任何限定)，驱动芯片与地之间设置1.4V电源，驱动芯片的供电端设置7V电源作为其供电电源。
需要说明的是，由于，在使用1025芯片驱动氮化镓芯片时，0V-1.4V这个阶段是没有太大作用的，因为此时氮化镓芯片尚未开启，因此，将1.4V作为1025芯片前级的参考地，7V电源作为其供电端电源，使得1025芯片的输出范围从0V-5.6V(可参考图1)变为1.4V-7V，则可以使氮化镓几乎达到最大开启程度，从而提升通过的电流，提高激光器的输出功率。
参考图3，在1025芯片与地之间增加一个1.4V电源，此时电路工作流程如下：
在需要发射激光之前，先打开1.4V电源，这时氮化镓芯片门级电压达到1.4V，尚未开启，接着打开7V电源，此时氮化镓芯片的门级电压仍然是1.4V，依旧尚未开启，此时1025芯片已具备可以输出7V电压的能力，当1025芯片接收到前级发来的窄脉冲信号，就可以将氮化镓芯片的门级电压从1.4V驱动到7V，从而实现相对5.6V驱动电压而言，具备更高功率功率的激光输出。
参考图4，其中V为1025芯片给氮化镓芯片的门级驱动电压，最高值约为6V；I为流过激光器的电流，此时，峰值电流约为83A，提高了约1.5倍，这将大大提高激光发射功率。
进一步需要说明的是，本申请的所述方法可用于包括但不限于板级电路PCB设计、集成芯片设计。驱动芯片还可以是采用与TI1025芯片1020芯片相似或功能近似的芯片进行代替。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，其特征在于，包括：
向氮化镓芯片的驱动芯片提供一个前级参考地电压Vn，以使得氮化镓芯片在开启前其门级电压达到Vn；
向氮化镓芯片的驱动芯片提供一个供电电压Vm，以使得所述驱动芯片具备可输出Vm电压的能力；
所述驱动芯片接收前级的窄脉冲信号，将氮化镓芯片的门级Vn电压驱动至Vm电压，以获得高激光峰值功率。
2.根据权利要求1所述的一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，其特征在于，在所述驱动芯片与地之间设置1.4V电源，使得Vn＝1.4V。
3.根据权利要求2所述的一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，其特征在于，在所述驱动芯片的供电端设置7V电源作为其供电电源，使得Vm＝7V。
4.根据权利要求1所述的一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，其特征在于，所述驱动芯片的输出电压范围为Vn-Vm，以使得氮化镓芯片获得最大开启程度。
5.根据权利要求3所述的一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法，其特征在于，在需要发射激光之前，先打开1.4V电源，用于将氮化镓芯片门级电压达到1.4V，再打开7V电源。
CN202210244852.XA 2022-03-14 2022-03-14 一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法 Pending CN114678766A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210244852.XA CN114678766A (zh) 2022-03-14 2022-03-14 一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210244852.XA CN114678766A (zh) 2022-03-14 2022-03-14 一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114678766A true CN114678766A (zh) 2022-06-28

Family

ID=82073359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210244852.XA Pending CN114678766A (zh) 2022-03-14 2022-03-14 一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114678766A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103915990A (zh) * 2014-04-18 2014-07-09 电子科技大学 一种用于GaN功率器件的驱动电路
CN104617752A (zh) * 2015-02-10 2015-05-13 广州金升阳科技有限公司 氮化镓晶体管的驱动方法、电路及应用其电路的反激变换器
CN110581702A (zh) * 2018-06-07 2019-12-17 维西埃-硅化物公司 用于驱动半导体开关装置的装置和方法
CN212011593U (zh) * 2020-04-27 2020-11-24 厦门彼格科技有限公司 一种脉冲宽度可调的超高速激光器驱动电路
CN114069375A (zh) * 2021-11-11 2022-02-18 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 可寻址激光驱动电路和可寻址激光仪

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103915990A (zh) * 2014-04-18 2014-07-09 电子科技大学 一种用于GaN功率器件的驱动电路
CN104617752A (zh) * 2015-02-10 2015-05-13 广州金升阳科技有限公司 氮化镓晶体管的驱动方法、电路及应用其电路的反激变换器
CN110581702A (zh) * 2018-06-07 2019-12-17 维西埃-硅化物公司 用于驱动半导体开关装置的装置和方法
CN212011593U (zh) * 2020-04-27 2020-11-24 厦门彼格科技有限公司 一种脉冲宽度可调的超高速激光器驱动电路
CN114069375A (zh) * 2021-11-11 2022-02-18 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 可寻址激光驱动电路和可寻址激光仪

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10777967B2 (en) Pulsed laser diode drivers and methods
US8536847B2 (en) Semiconductor device
US20230275397A1 (en) Pulsed laser diode driver
US20230178961A1 (en) Light source system
US7701279B2 (en) Driving circuit for an emitter-switching configuration
US9669427B2 (en) Methods and systems for ultrasound control with bi-directional transistor
WO2021174524A1 (zh) 氮化镓功率器件的过流保护电路、提高反应速度的方法
US20240063782A1 (en) Drive circuit and drive system
CN114678766A (zh) 一种提高氮化镓驱动激光器电路激光峰值功率的方法
Tajfar et al. A 20 a sub-nanosecond integrated CMOS laser diode driver for high repetition rate SPAD-based direct Time-of-Flight measurements
CN106879107B (zh) 一种InGaN/GaN LED纳秒脉冲驱动电路
Ma et al. 29.6 A digital-type GaN driver with current-pulse-balancer technique achieving sub-nanosecond current pulse width for high-resolution and dynamic effective range LiDAR system
CN104201562A (zh) 一种带温度补偿的半导体激光驱动源
Chang et al. A GaN–Si hybrid integrated driver for narrow-pulse and high-current LiDAR applications
CN115314038A (zh) 基于SiC功率器件的门级缓冲电路
CN112805586B (zh) 激光发射电路和激光雷达
US7741881B2 (en) MOSFET gate interface
Bettini et al. Analysis and Design of a Fully-Integrated Pulsed LiDAR Driver in 100V-GaN IC Technology
CN110380599B (zh) 一种混合型栅极驱动电路
CN111987889A (zh) 一种单电源供电的多电平SiC MOSFET驱动电路
KR101001282B1 (ko) Ｌｄｍｏｓ ｆｅｔ를 이용한 ｌ-대역 고속 펄스 고전력증폭기
CN218824670U (zh) 一种激光雷达发射器的驱动电路
Yang et al. 120V/ns output slew rate enhancement technique and high voltage clamping circuit in high integrated gate driver for power GaN FETs
CN112054791A (zh) 混合驱动电路
Yang et al. A 10MHz 40V V IN Slope-Reconfigurable Gaussian Gate Driven GaN DC-DC Converter with 49.1 dB Conducted EMI Noise Reduction at 100MHz

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220628