CN114696210A - 用于产生高功率短脉冲的激光二极管组件和驱动电路 - Google Patents

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Abstract

驱动电路可以包括电源、第一电路路径和第二电路路径。第一电路路径可以连接到电源，并且包括第一阳极焊盘、将第一阳极焊盘连接到光学负载的阳极的第一组连接元件、与第一阳极焊盘分离的第二阳极焊盘、将光学负载的阳极连接到第二阳极焊盘的第二组连接元件以及开关。开关处于闭合状态使电流通过第一电路路径对第一组连接元件和第二组连接元件充电。开关从闭合状态转换到断开状态使第一组连接元件通过第二电路路径释放电流，以向光学负载提供电脉冲。

Description

用于产生高功率短脉冲的激光二极管组件和驱动电路
相关申请
本专利申请要求享有2020年12月28日提交的美国临时专利申请第63/131,184号的优先权，该申请题为“LASER DIODE ASSEMBLY AND DRIVING CIRCUIT DESIGN FOR HIGHPOWER SHORT PULSE GENERATION”。在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用结合到本专利申请中。
技术领域
本公开总体上涉及一种用于光学负载的驱动电路，更具体地，涉及一种用于快速开关光学负载以产生具有减小的脉冲宽度的高峰值功率光脉冲的驱动电路。
背景技术
光学系统，例如基于飞行时间(ToF)的测量系统，需要短持续时间(例如，10纳秒(ns)或更短)的高功率光脉冲。高功率光脉冲可以实现更大的测距。较短持续时间的光脉冲可以实现改进的分辨率。对于基于激光的光学负载(例如，激光二极管、半导体激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等)，通过光学负载的较高电流对应于较高功率的光脉冲。通常，基于ToF的测量系统通过测量发射光脉冲和反射光脉冲之间的延迟来确定到对象的距离。发射的脉冲在时间上有明确的原点，矩形简化了测量。为了实现这样的矩形形状，发射的光脉冲应该具有短的上升时间(例如，光脉冲的功率从零上升到峰值功率的时间)和短的下降时间(例如，光脉冲的功率从峰值功率下降到零的时间)。
发明内容
在一些实施方式中，驱动电路包括电源；地；连接到电源的第一电路路径，第一电路路径包括：第一阳极焊盘，将第一阳极焊盘连接到光学负载的阳极的第一组连接元件，第二阳极焊盘，第二阳极焊盘与第一阳极焊盘分离，使得第二阳极焊盘不直接连接到第一阳极焊盘，将光学负载的阳极连接到第二阳极焊盘的第二组连接元件，以及具有断开状态和闭合状态的开关，其中开关处于闭合状态使得电流通过第一电路路径对第一组连接元件和第二组连接元件充电；以及连接到光学负载的第二电路路径，第二电路路径连接到电源，第二电路路径包括：光学负载，第一阳极焊盘和第一组连接元件，其中从闭合状态转换到断开状态的开关使得第一组连接元件通过第二电路路径放电，以向光学负载提供电脉冲。
在一些实施方式中，光学封装包括：提供电流的电源；当被提供输入电流时发光的光学负载；连接到电源的第一电路路径，第一电路路径包括：多个阳极焊盘，多个阳极焊盘中的每个阳极焊盘与多个阳极焊盘中的至少一个其他阳极焊盘分离；多组连接元件，每组连接元件将多个阳极焊盘中的不同阳极焊盘连接到光学负载的阳极；具有断开状态和闭合状态的开关，其中开关处于闭合状态使电流通过第一电路路径对多组连接元件充电；以及连接到光学负载的第二电路路径，第二电路路径连接到电源，第二电路路径包括：光学负载，多个阳极焊盘中的至少一个阳极焊盘，以及多组连接元件中的至少一组连接元件，其中从闭合状态转换到断开状态的开关使得至少一组连接元件通过第二电路路径释放电流，以向光学负载提供电脉冲。
在一些实施方式中，一种方法包括：通过在第一时间区间闭合开关以通过第一电路路径向多组连接元件提供电流来用电源对多组连接元件充电，其中多组连接元件中的第一组连接元件将第一阳极焊盘连接到光学负载的阳极，并且其中多组连接元件中的第二组连接元件将第二阳极焊盘连接到光学负载的阳极，第二阳极焊盘与第一阳极焊盘分离；以及通过在第一时间区间之后的第二时间区间打开开关来驱动光学负载，以通过第二电路路径从第一组连接元件释放电流，以向光学负载提供电脉冲。
附图说明
图1A-1C是用于驱动光学负载的现有驱动电路的示意图。
图2A和2B是示出本文描述的示例光学负载布局和驱动电路的实施方式的图。
图3A-3C是示出利用本文描述的光学负载布局的驱动电路的示例操作的图。
图4是示出用本文描述的驱动电路中使用的连接元件的不同电感值产生的波形的示例的图。
图5-8是示出本文描述的其他示例光学负载布局的实施方式的图。
图9是示出包括本文描述的多个独立可寻址区域的光学负载布局的实施方式的图。
图10是示出通过使用本文描述的光学负载布局的驱动电路实现的总功率效率的图。
图11是与使用驱动电路驱动光学负载相关的示例过程的流程图，该驱动电路利用本文描述的光学负载布局。
具体实施方式
以下示例实施方式的详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
用于驱动光学负载的电路(称为驱动电路)是通过载流导体(例如迹线)互连的一组电子元件，或者在许多情况下，是集成电路的形式，其中元件可以使用半导体制造，例如硅(Si)、氮化镓(GaN)或不同半导体的混合物。通常，希望以快速、简单和有效的方式开关光学负载，以及产生高峰值功率光脉冲，同时保持脉冲宽度尽可能小。快速开关具有高峰值电流的光学负载的一个重大挑战是寄生电感。例如，对于典型的顶部照明VCSEL芯片，使用多条键合线将VCSEL阳极与衬底板上的驱动电路的焊盘连接。驱动电路中寄生电感的很大一部分来自这些相对较细和长的线。在某些情况下，可以在VCSEL芯片的一侧或多侧使用多条键合线，所有的键合线并联连接，以降低总电感。图1A是示例VCSEL组件的图，其中多条键合线位于VCSEL芯片的两侧，所有键合线并联连接。在图1A中，左侧显示了VCSEL组件，右侧显示了等效电路。在图1A的右边部分中标记为WBL L和WBR L的电感器分别代表键合线WBL和WBR的电感。值得注意的是，在图1A所示的配置中，键合线的寄生电感仍然是开关和脉冲产生性能的主要限制因素。
在存在强寄生电感下实现快速开关的一种技术是增加电源电压。在这种情况下，升压器(例如，直流(DC-DC)电压转换器)可以用于将来自电源的输入电压(例如，在5伏(V)到12伏的范围内)增加到更高的电压(例如，超过100伏)。图1B是包括升压器以增加电源的电压VS的示例驱动电路的图。在图1B的驱动电路的操作中，当开关Sw处于断开状态(即，关断)时，能量存储在电容器C中。如图1B所示，当开关Sw在触发信号的上升沿转换到闭合状态(即接通)时，存储在电容器C中的能量被释放，并产生短脉冲到光学负载OL。该技术的缺点包括(1)需要升压器，这增加了光学封装的尺寸、成本和复杂性，以及(2)(由WBL L和WBR L存储的)键合线电感仍然存在于电流回路中。这种键合线电感是限制因素，意味着可以实现的最小脉冲宽度和峰值电流仍然受到键合线电感的限制。在图1B中，S L代表电流回路的杂散电感，包括电容器C和阳极焊盘的迹线的等效串联电感。
可用于实现快速开关的另一种技术是使用所谓的预充电技术，其示例驱动电路如图1C所示。值得注意的是，在图1C所示的驱动电路中，不需要升压器，并且DC电压电源VS和去耦电容器C可以向电路提供稳定的电压。电感器I/S L可以包括具有设计的电感值和/或杂散电感(例如，迹线电感)的组件。如图所示，光学负载OL和开关Sw并联连接。在操作中，当触发脉冲将开关Sw转换到闭合状态时，电流流过电感器I/S L和开关Sw，但是没有电流或非常小的电流流过光学负载OL。在开关Sw处于闭合状态的时间段期间，电感器I/S L被充电，并且能量被存储在电感器I/S L中。当开关Sw在触发信号的下降沿转换到断开状态时，电感器I/S L存储的能量将被释放，并且将推动电流通过光学负载OL。与图1B中使用的技术相比，图1C中使用的技术消除了升压器的使用，简化了电路，并消除了寄生电感I/S L的限制。然而，键合线寄生电感(即WBL L和WBR L)仍然在电流环路中，并且仍然是限制因素。
本文描述的一些实施方式提供了一种光学封装，其包括驱动电路和光学负载，该光学负载被配置使得减轻寄生电感带来的限制(例如，当用光学脉冲产生高峰值功率和窄脉冲时)。在一些实施方式中，光学芯片键合到驱动电路，并且驱动电路包括处于预充电配置的多个分离的阳极。在一些实施方式中，驱动电路包括电源、地、第一电路路径和第二电路路径。在一些实施方式中，第一电路路径连接到电源，并且包括第一阳极焊盘、将第一阳极焊盘连接到光学负载的阳极的第一组键合线、第二阳极焊盘、将光学负载的阳极连接到第二阳极焊盘的第二组键合线以及开关。这里，第二阳极焊盘与第一阳极焊盘分离，使得第二阳极焊盘不直接连接到第一阳极焊盘(例如，第二阳极焊盘可以通过第一组键合线、光学负载的阳极和第二组键合线间接连接到第一阳极焊盘)。在一些实施方式中，开关处于闭合状态使得电流通过第一电路路径对第一组键合线和第二组键合线充电。在一些实施方式中，第二电路路径连接到光学负载，连接到电源，并且包括第一阳极焊盘、第一组键合线和光学负载。在一些实施方式中，从闭合状态转换到断开状态的开关使得第一组键合线通过第二电路路径释放电流，以向光学负载提供电脉冲。下面提供了更多详细信息。
值得注意的是，虽然本文描述的示例是在键合线的背景下描述的，但是本文描述的技术适用于其他类型的连接元件。一般来说，本文描述的技术可以应用到的连接元件的类型包括与光学负载和驱动电路之间的连接相关联的任何类型的连接元件，例如键合线、键合焊盘、金属迹线、通孔或用于向激光器或光学负载提供电流的其他类型的元件。
在一些实施方式中，本文描述的光学封装和驱动电路减轻了当产生高峰值功率和窄脉冲宽度光脉冲时由寄生电感带来的限制。如下面进一步详细描述的，寄生电容限制的减轻是通过利用一部分键合线电感来产生光脉冲来实现的。作为一个示例，在电压电源为4V的情况下，驱动电路可以用于驱动VCSEL芯片，该芯片提供具有1.87ns脉冲宽度、275瓦(W)的峰值光功率的光脉冲。此外，与现有解决方案相比，本文描述的光学封装和驱动电路提高了总功率效率(即，平均光功率与总电输入功率的比率)。此外，与现有解决方案相比，本文描述的光学封装和驱动电路具有减小的尺寸、成本和/或复杂性(例如，因为仅需要单个开关和单个触发信号，并且因为不需要升压器)。
图2A和2B是分别示出示例光学负载布局200和包括光学负载布局200的示例驱动电路220的实施方式的图。参考图2A，左图是光学负载布局200的示意图，右图是图2A的左图中所示的光学负载布局200的等效电路。如图2A的左图所示，光学负载布局200利用多个(例如，两个或更多个)阳极焊盘202(例如，焊盘202a和焊盘202b)、光学负载204和多组键合线206(例如，一组键合线206a和一组键合线206b)。参考图2A的右图，标记为206a L和206b L的电感器分别代表键合线206a和键合线206b的电感。
焊盘202(例如，焊盘202a和焊盘202b)是与将光学负载204的阳极连接到驱动电路220相关联的阳极焊盘。在一些实施方式中，焊盘202包括分离的阳极焊盘。也就是说，在一些实施方式中，每个焊盘202与至少一个其他焊盘202分离，使得给定焊盘202不通过焊盘迹线电连接到至少一个其他焊盘202。例如，在焊盘202a和202b的情况下，焊盘202a和焊盘202b不通过焊盘迹线电连接，而是仅通过键合线206连接(例如，通过由键合线206a、光学负载204的阳极和键合线206b提供的连接)。换句话说，焊盘202a和焊盘202b没有直接连接。焊盘202与通过键合线206的连接的这种分离使得电流能够流过焊盘202a、键合线206a、光学负载204的阳极、键合线206b和焊盘202b。在一些实施方式中，如下所述，包括分离的阳极焊盘的焊盘202使得一组或多组键合线206的电感能够成为用于驱动驱动电路220的有用电感。
值得注意的是，虽然光学负载布局200被示出为包括布置在光学负载204的相对侧上的两个分离的焊盘202，但是在一些实施方式中，光学负载布局可以包括多于两个的焊盘202(例如，三个焊盘202、六个焊盘202、八个焊盘202等)或者不同于图2A的光学负载布局200中所示的布置的焊盘202。包括不同数量和不同布置的焊盘202的光学负载布局的示例在下面参照图5-8进行描述。
光学负载204是由驱动电路220驱动的光学负载。在一些实施方式中，光学负载204可以包括激光二极管，例如VCSEL(例如，包括一个或多个单独发射器阵列的光学芯片)。在一些实施方式中，光学负载204包括单结激光二极管(例如，单结VCSEL)。在一些实施方式中，光学负载204包括多结激光二极管(例如，多结VCSEL)。在一些实施方式中，光学负载204包括一个或多个可寻址区域。例如，在一些实施方式中，光学负载204可以包括单个发射器的多个独立可寻址区域。在一些实施方式中，光学负载204的阈值电压可以高于驱动电路220的电源(例如，如图2B所示的电源250)的电压电平。
键合线206(例如，键合线206a和键合线206b)是将焊盘202电连接到光学负载204的阳极的键合线。在一些实施方式中，如下所述，至少一组键合线206的电感可以是有用电感，这意味着至少一组键合线206的电感可以与驱动光学负载204相关联地使用。
图2B是结合了图2A所示的光学负载布局200的驱动电路220的电路图。如图2B所示，除了光学负载布局200之外，驱动电路220包括电源250、电感元件252、电容器254、开关256和地258。
电源250是能够与驱动光学负载204相关联地向驱动电路220提供电流的元件。例如，电源250可以是DC电压电源、具有电阻负载的DC电流电源等。
电感元件252包括驱动电路220的一个或多个电感元件。例如，电感元件252可以是具有设计的电感值的电感器。作为另一示例，电感元件252可以是驱动电路220的具有电感的一个或多个其他元件(例如，使得电感元件252的电感代表一个或多个其他元件的电感)。一个或多个其他元件可以包括例如驱动电路220中的一个或多个载流导体、一个或多个焊盘202的一个或多个迹线、电容器254、开关256或驱动电路220中的杂散电感。作为另一示例，电感元件252可以包括具有设计的电感的电感器和驱动电路220的一个或多个其他元件(例如，使得电感元件252的电感代表电感器和一个或多个其他元件的总电感)。在一些实施方式中，电感元件252的电感的一些部分可以是有用电感，这意味着电感元件252的电感的一些部分可以与驱动光学负载204相关联地使用。
电容器254是为驱动电路220提供电压稳定的元件。例如，电容器254可以是稳定电源250的电压的去耦电容器，使得驱动电路220被提供驱动光学负载204的稳定电压。
开关256是用于对驱动电路220的与驱动光学负载204相关联的一个或多个元件进行充电和放电的元件。例如，当处于闭合状态时，开关256可以使驱动电路220的一个或多个元件被驱动电路220中的电流充电(例如，积累存储的能量)，并且当处于断开状态时，可以使一个或多个元件释放存储的能量，使得电脉冲被提供给光学负载204。值得注意的是，开关256是驱动电路220中与驱动光学负载204相关联的唯一开关(即，不需要与驱动电路220驱动光学负载204相关联的其他开关)，这意味着可以降低驱动电路220的成本、尺寸或复杂性(例如，与需要至少两个开关的现有驱动电路相比)。
在一些实施方式中，驱动电路220包括第一电路路径和第二电路路径。第一电路路径连接到电源250，并且包括电感元件252、焊盘202a、键合线206a、键合线206b、焊盘202b和开关256。在一些实施方式中，如下所述，开关处于闭合状态256使得电流通过第一电路路径对电感元件252、键合线206a和键合线206b充电。
第二电路路径是连接到光学负载204的路径，连接到电源250，并且包括电感元件252、焊盘202a、键合线206a和光学负载204。在一些实施方式中，如下所述，开关256从闭合状态转换到断开状态使得键合线206a通过第二电路路径释放电流，以向光学负载204提供电脉冲。类似地，在一些实施方式中，开关256从闭合状态转换到断开状态使得电感元件252通过第二电路路径释放存储的能量(例如，电流)，以向光学负载204提供电脉冲。
如上所指出的，提供图2A和2B作为示例。其他示例可以与关于图2A和2B描述的不同。
图3A-3C是示出利用光学负载布局200的驱动电路220的示例操作300的图。参考图3A，在对应于触发脉冲的上升沿的时间t1，开关256处于闭合状态，并且电流开始沿着第一电路路径I1流动(例如，从焊盘202a通过键合线206a、光学负载204的阳极以及键合线206b到焊盘202b)。这里，在预充电时间段期间(例如，在时间t1和时间t2之间，时间t2对应于触发脉冲的下降沿)，由于第一电路路径I1上的电感元件252和键合线206的电感以及其他电感(例如，驱动电路220中的一个或多个其他电感的电感或杂散电感)，电流相对缓慢地增加。随着电流增加，该电感被充电，并且能量被存储在电感元件252、键合线206a和键合线206b中。
值得注意的是，在预充电时间段期间(例如，从时间t1到时间t2)，没有电流或最小电流流过光学负载204。在一些实施方式中，流过光学负载204的电流被消除或最小化，因为电源250提供低于光学负载204的阈值电压的电压。也就是说，在一些实施方式中，当开关256处于闭合状态时，电源250的电压电平防止电流流过光学负载204。现有的预充电设计可能需要至少两个开关来防止电流流过光学负载。然而，在驱动电路220中，电源250的电压低于光学负载204的阈值电压，因此，驱动电路220只需要包括单个开关(例如，开关256)，从而减小了驱动电路220的尺寸、成本和复杂性。电源250的电压低于阈值电压的需要会限制最大充电电流。因此，具有较高阈值的光学负载204可能是理想的。因此，在一些实施方式中，光学负载204可以包括多个结(例如，因为多结激光二极管的电压阈值可以相对高于单结激光二极管的电压阈值)。在这种情况下，可以增加电源250的电压和最大充电电流，从而提高驱动电路220的性能。
如图3B所示，在时间t2，开关256从闭合状态转换到断开状态。这里，存储在电感元件252和键合线206a中的能量被释放。由于电感器的性质，电流将短暂保持，但是电流然后被迫从焊盘202a通过光学负载204流到光学负载204的阴极焊盘。这在光学负载204的阳极侧的点P处产生电压尖峰。该电压尖峰高于光学负载204的阈值电压，因此，形成第二电路路径I2，并且产生通过光学负载204的窄电流脉冲。
图3C是示出如图3A和3B所示的示例中所述的触发脉冲的时序、第一电路路径I1上的电流以及第二电路路径上的电流的图。
以这种方式，光学负载布局200和驱动电路220可以用于使键合线206a的电感成为有用电感。也就是说，由于键合线206a在开关256处于闭合状态的预充电时间段期间存储能量，并且当开关256转换到断开状态时，存储在键合线206a中的能量被释放到光学负载204。使用由键合线206a存储的能量提供了改进的开关速度和效率，因为该能量被释放到光学负载204(例如，因为该能量被用于驱动光学负载204)。电感元件252的电感可以以类似的方式使用，以使电感元件252存储的能量能够用于驱动光学负载204。因此，键合线206a和206b的设计要求可以分离，使得键合线206a的电感为光学负载204提供益处，同时键合线206b的电感可以减小或最小化。先前在本领域中，从公共阳极焊盘到光学负载的所有键合线可能已经被设计成相同的(例如，不同组的键合线没有被分离设计)。
值得注意的是，虽然本文描述的技术，包括这种“分离设计”原理，适用于将分离的阳极焊盘连接到光学负载的阳极的键合线的设计(例如，分别将焊盘202a和202b连接到光学负载204的阳极的键合线206a和206b)，但是本文描述的技术也适用于用于在光学负载和驱动电路之间提供连接的其他类型的连接元件。作为一个示例，在底部发射的VCSEL的情况下(例如，其中可以使用倒装芯片键合使得不需要键合线)，本文描述的技术可以用于设计在底部发射的VCSEL和驱动电路之间提供分离的连接的连接元件。在该示例中，连接元件可以包括一个或多个焊盘或一个或多个金属迹线(例如，实现底部发射VCSEL芯片的倒装芯片键合的一个或多个元件)。一般来说，本文描述的技术可以应用到的连接元件的类型包括与光学负载和驱动电路之间的连接相关联的任何类型的连接元件，例如键合线、键合焊盘、金属迹线、通孔或用于向激光器或光学负载提供电流的其他类型的元件。这些类型的连接元件中的每一个都具有寄生电感，其影响可以使用本文描述的技术来减轻。
如上所指出的，提供图3A-3C作为示例。其他示例可以与关于图3A-3C描述的不同。
在一些实施方式中，键合线206(例如，键合线206a和/或键合线206b)可以被设计成优化与驱动电路220驱动光学负载204相关联的性能。例如，在一些实施方式中，可以选择或设计键合线206a的特性(例如，长度、厚度、材料、键合线的数量等)，使得键合线206a的电感使键合线206a在开关256处于闭合状态时存储的能量的量满足阈值(例如，使得键合线206a在预充电时间段期间存储的能量的量等于或高于期望的量，在特定范围内等)。也就是说，在一些实施方式中，键合线206a可以被设计成具有允许存储用于驱动光学负载204的能量的期望的量的电感。
作为另一示例，在一些实施方式中，可以选择或设计键合线206b的特性，使得键合线206b的电感使键合线206b在开关256处于闭合状态时存储的能量的量满足阈值(例如，使得键合线206b在预充电时间段期间存储的能量的量低于期望的量，在特定范围内等)。也就是说，在一些实施方式中，键合线206b可以被设计成最小化电感(例如，因为键合线206b存储的能量可能会略微降低与驱动电路220驱动光学负载204相关联的性能)。
在一些实施方式中，电感元件252可以被设计成优化与驱动电路220驱动光学负载204相关联的性能。例如，在一些实施方式中，具有设计的电感值的电感元件(例如，电感器)可以用于提供与存储用于驱动光学负载204的能量相关联的电感元件252的期望或最佳电感值。在一些实施方式中，电感元件252的设计可以与键合线206a的设计结合使用，以便优化与驱动光学负载204相关联的性能。
在一些实施方式中，可以根据设计过程选择键合线206a、键合线206b和电感元件252的电感值之间的关系。
图4是示出用键合线206a的不同电感值(例如，0.1毫微亨利(nH)的值、0.2nH的值、0.5nH的值和1nH的值)产生的波形的示例的图。在该示例中，电感元件252具有0nH的电感值(即，电感元件252和键合线206a的总电感值使用单个值来模拟——键合线206a的电感值)。在图4所示的示例中，寄生电感为0.5nH，键合线206b的电感为0.4nH。这些不同键合线206a电感值中的每一个处的波形示出了设计折衷。一般来说，键合线206a的较高电感值引起较宽的脉冲(由范围A指示)，但是将具有较小的振荡，并且因此具有较小的第二脉冲(由范围B指示)。相反，键合线206a的较低值电感将产生较窄的脉冲，但是将具有较大的振荡，因此具有较强的第二脉冲。键合线206a的电感值可以通过考虑脉冲宽度和第二脉冲的强度的折衷来选择。
如上所指出的，提供图4作为示例。其他示例可以与关于图4描述的不同。
如上所述，虽然光学负载布局200被描述为包括布置在光学负载204的相对侧上的两个分离的焊盘202，但是在一些实施方式中，驱动电路220中使用的光学负载布局可以包括多于两个的焊盘202或者与光学负载布局200中所示的不同布置的焊盘202。图5-8是包括不同数量和不同布置的焊盘202的光学负载布局的示例的图。
图5包括与光学负载布局500相关联的图，光学负载布局500包括六个焊盘202(例如，焊盘202a至202f)，每个焊盘通过不同组的键合线206(例如，键合线206a至206f)连接到光学负载204的阳极。光学负载布局500示意性地显示在图5的左侧部分，而等效电路显示在图5的右侧部分。在光学负载布局500中，第一组焊盘202位于光学负载204的第一侧(例如，焊盘202a、焊盘202c和焊盘202e位于光学负载204的左侧)，而第二组焊盘202位于光学负载204的第二侧(例如，焊盘202b、焊盘202d和焊盘202f位于光学负载204的右侧)。在一些实施方式中，具有多于两个焊盘202的光学负载布局，例如光学负载布局500，增加了将光学负载布局与驱动电路220配对的灵活性。例如，焊盘202a、焊盘202c和焊盘202e可以共同用作第一集合阳极焊盘，并且焊盘202b、焊盘202d和焊盘202f可以共同用作第二集合阳极焊盘。这里，第一集合阳极焊盘和第二集合阳极焊盘是分离的阳极焊盘(即，不通过焊盘迹线连接)。在这种情况下，等效电路类似于图2A所示的光学负载布局200。可替代地，一个或多个焊盘202(例如，焊盘202a和焊盘202c)可以用作第一集合阳极焊盘，而剩余的焊盘202(例如，焊盘202b和焊盘202d至202f)可以用作第二集合阳极焊盘。在一些实施方式中，这种灵活性提供了改变用于存储用于驱动光学负载204的能量的键合线206的电感以及应当减少或最小化存储能量的键合线206的电感的途径。值得注意的是，光学负载布局500可以包括与图5所示不同数量的阳极焊盘(例如，三个、四个、五个或六个以上)。
图6包括与光学负载布局600相关联的图，光学负载布局600包括三个焊盘202(例如，焊盘202a至202c)，其被布置为连接到具有圆形形状的光学负载204。光学负载布局600示意性地显示在图6的左侧部分，而等效电路显示在图6的右侧部分。在使用光学负载布局600的一个示例中，焊盘202a(例如，通过键合线206a连接)可以用作第一阳极焊盘，而焊盘202b和202c(例如，分别通过键合线206b和键合线206c连接)可以用作第二(集合)阳极焊盘。在该示例中，第一阳极焊盘和第二集合阳极焊盘是分离的阳极焊盘(即，不通过焊盘迹线连接)，并且键合线206a的电感可以是用于驱动光学负载204的有用电感。值得注意的是，光学负载布局600可以在圆形光学负载204周围包括与图6所示不同数量的阳极焊盘(例如，三个、四个、五个或六个以上)。
图7包括与光学负载布局700相关联的图，光学负载布局700包括七个焊盘202(例如，焊盘202a至202g)，布置为连接到具有多边形形状(例如，六边形形状)的光学负载204。光学负载布局700示意性地显示在图7的左侧部分，而等效电路显示在图7的右侧部分。在光学负载布局700中，焊盘202a(例如，通过键合线206a连接)可以用作第一阳极焊盘，而焊盘202b至202g(例如，分别通过键合线206b至206g连接)可以用作第二(集合)阳极焊盘。在该示例中，第一阳极焊盘和第二集合阳极焊盘是分离的阳极焊盘(即，不通过焊盘迹线连接)，并且键合线206a的电感可以是用于驱动光学负载204的有用电感。在一些实施方式中，光学负载布局700以上面与图5相关联地描述的方式提供灵活性。值得注意的是，光学负载布局700可以在多边形光学负载204周围包括与图7所示不同数量的阳极焊盘(例如，三个、四个、五个或六个以上)。
图8包括与光学负载布局800相关联的图，光学负载布局800包括在光学负载204的同一侧上的焊盘202a和202b。光学负载布局800示意性地显示在图8的左侧部分，而等效电路显示在图8的右侧部分。这里，焊盘202a(例如，通过键合线206a连接)可以用作第一阳极焊盘，而焊盘202b(例如，通过键合线206b连接)可以用作第二阳极焊盘(例如，类似于光学负载布局200)。在该示例中，第一阳极焊盘和第二阳极焊盘是分离的阳极焊盘(即，不通过焊盘迹线连接)，并且键合线206a的电感可以是用于驱动光学负载204的有用电感。值得注意的是，光学负载布局600可以在光学负载204的同一侧包括与图8所示不同数量的阳极焊盘(例如，三个、四个、五个或六个以上)。
如上所指出的，提供图5-8作为示例。其他示例可以不同于关于图5-8所描述的。一般来说，驱动电路220中使用的光学负载布局可以是不同的形式，具有不同的形状，或者具有与图5-8所示的示例相关联的示出的不同尺寸。
在一些实施方式中，如上所述，光学负载204包括一个或多个独立可寻址区域。例如，在一些实施方式中，光学负载204可以包括单个发射器的多个独立可寻址区域。
图9包括与光学负载布局900相关联的图，光学负载布局900包括与驱动光学负载204相关联的焊盘202a和202b，光学负载204具有多个独立可寻址区域Z1.m(m>1)至Zn.m(n>1)。光学负载布局900示意性地显示在图9的左侧部分，而等效电路显示在图9的右侧部分。如图9所指出的，光学负载204中可能存在相对长的电路径。例如，从输入(例如，在焊盘202a处)到区域Zn.m的电路径可能相对长(例如，因为区域Zn.m比光学负载204的其他区域相对更远离输入)。结果，到区域Zn.m的电路径上的寄生电感(例如，光学负载204内部的寄生电感)可能很大。然而，如果在驱动电路220中使用光学负载布局900，则电路径上的这种电感的至少一些部分(例如，焊盘202a和区域Zn.m之间的一些电感)可以用于预充电，这意味着电感的该部分可以用于驱动光学负载204。这样，包括多个可寻址区域的光学负载204的性能和效率可以得到改善。
如上所指出的，提供图9作为示例。其他示例可以与关于图9描述的不同。
图10是示出使用具有双阳极的光学负载布局(例如，光学负载布局200)的驱动电路220可以实现的总功率效率的图1000。如图10所示，在峰值光功率从大约40W到大约300W的范围内，由驱动电路220提供的总功率效率可以在从大约20％到大约5％的范围内。这里，总功率效率被定义为平均光功率对总电输入功率的比率。在一些实施方式中，如上所述，用4V的电压电源，驱动电路220可以提供具有1.87ns脉冲宽度、275瓦的峰值光功率的光脉冲；在这种情况下，总功率效率大约为6％。
如上所指出的，提供图10作为示例。其他示例可以不同于关于图10所描述的。
图11是与使用本文描述的驱动电路驱动光学负载相关的示例过程的流程图。
如图11所示，过程1100可以包括通过在第一时间区间闭合开关以通过第一电路路径向多组连接元件提供电流，用电源对多组连接元件充电(块1110)。例如，如上所述，驱动电路(例如，驱动电路220)可以通过在第一时间区间闭合开关(例如，开关256)以通过第一电路路径向多组连接元件提供电流，用电源(例如，电源250)对多组连接元件(例如，键合线206a和206b)充电。在一些实施方式中，多组连接元件中的第一组连接元件(例如，键合线206a)将第一阳极焊盘(例如，焊盘202a)连接到光学负载(例如，光学负载204)的阳极。在一些实施方式中，多组连接元件中的第二组连接元件(例如，键合线206b)将第二阳极焊盘(例如，焊盘202b)连接到光学负载的阳极。在一些实施方式中，第二阳极焊盘与第一阳极焊盘分离。
如图11中进一步所示，过程1100可以包括通过在第一时间区间之后的第二时间区间打开开关以通过第二电路路径从第一组连接元件释放电流，以向光学负载提供电脉冲来驱动光学负载(块1120)。例如，如上所述，驱动电路可以通过在第一时间区间之后的第二时间区间打开开关以通过第二电路路径从第一组连接元件释放电流，以向光学负载提供电脉冲来驱动光学负载。
过程1100可以包括额外的实施方式，例如下面描述的和/或结合本文别处描述的一个或多个其他过程的任何单个实施方式或实施方式的任何组合。
在第一实施方式中，通过打开开关使一个或多个电感元件通过第二电路路径释放电流，以向光学负载提供电脉冲来驱动光学负载。
在第二实施方式中，单独或与第一实施方式组合，电源的电压电平低于驱动光学负载所需的阈值电压。
在第三实施方式中，单独或与第一和第二实施方式中的一个或多个组合，第一组连接元件的特性使得第一组连接元件的电感使第一组连接元件在充电期间存储的能量的量满足阈值。
在第四实施方式中，单独或与第一至第三实施方式中的一个或多个组合，开关是与驱动光学负载相关联的驱动电路中的唯一开关。
在第五实施方式中，单独或与第一至第四实施方式中的一个或多个组合，光学负载是VCSEL芯片。
虽然图11示出了过程1100的示例块，但是在一些实施方式中，过程1100可以包括与图11所示的那些块相比的附加块、更少的块、不同的块或不同布置的块。附加地或可替代地，过程1100的两个或更多个块可以并行执行。
前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实现都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实现不能被组合的理由。
如本文所使用的，术语“组件”旨在被广义地解释为硬件、固件和/或硬件和软件的组合。显然，本文描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件或硬件和软件的组合来实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码并不限制这些实现。因此，本文描述的系统和/或方法的操作和行为没有参考特定的软件代码——应当理解，可以基于本文的描述设计软件和硬件来实现系统和/或方法。
如本文所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等的值。
即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求以及权利要求集中的每个其他权利要求。如本文所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”意在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及相同项目的多个的任意组合。
除非明确描述，否则本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用此外，如本文所用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用当只打算使用一个项目时，使用短语“仅一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有”、“具有”、“具有”等意在是开放式术语。此外，短语“基于”意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。

Claims (20)

1.一种驱动电路，包括：
电源；
地；
第一电路路径，其连接到所述电源，所述第一电路路径包括：
第一阳极焊盘，
第一组连接元件，用于将所述第一阳极焊盘连接到光学负载的阳极，
第二阳极焊盘，所述第二阳极焊盘与所述第一阳极焊盘分离，使得所述第二阳极焊盘不直接连接到所述第一阳极焊盘，
第二组连接元件，用于将所述光学负载的阳极连接到所述第二阳极焊盘，以及
开关，其具有断开状态和闭合状态，
其中开关处于闭合状态将使电流通过所述第一电路路径对所述第一组连接元件和所述第二组连接元件充电；和
第二电路路径，其连接到所述光学负载，所述第二电路路径连接到所述电源，所述第二电路路径包括：
第一阳极焊盘，以及
第一组连接元件，
其中开关从闭合状态转换到断开状态使所述第一组连接元件通过所述第二电路路径释放电流，以向所述光学负载提供电脉冲。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第一电路路径包括一个或多个电感元件，其中开关从闭合状态转换到断开状态还使所述一个或多个电感元件通过所述第二电路路径释放电流，以向所述光学负载提供电脉冲。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述电源的电压电平低于所述光学负载的阈值电压。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第一组连接元件的特性使得所述第一组连接元件的电感使由所述第一组连接元件在所述开关处于闭合状态时存储的能量的量满足阈值。
5.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第二组连接元件的特性使得所述第二组连接元件的电感使由所述第二组连接元件在所述开关处于闭合状态时存储的能量的量满足阈值。
6.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述开关是所述驱动电路中与驱动所述光学负载相关联的唯一开关。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述光学负载是垂直腔面发射激光器VCSEL芯片。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，其中，所述VCSEL芯片是多结VCSEL芯片。
9.根据权利要求7所述的驱动电路，其中，所述VCSEL芯片包括多个独立可寻址区域。
10.一种光学封装，包括：
电源，用于提供电流；
光学负载，当被提供输入电流时发光；
第一电路路径，其连接到所述电源，所述第一电路路径包括：
多个阳极焊盘，所述多个阳极焊盘中的每个阳极焊盘与所述多个阳极焊盘中的至少一个其它阳极焊盘分离，
多组连接元件，每组连接元件将所述多个阳极焊盘中的不同阳极焊盘连接到光学负载的阳极；
开关，其具有断开状态和闭合状态，
其中开关处于闭合状态将使电流通过所述第一电路路径对所述多组连接元件充电；以及
第二电路路径，其连接到所述光学负载，所述第二电路路径连接到所述电源，所述第二电路路径包括：
所述光学负载，
所述多个阳极焊盘中的至少一个阳极焊盘，以及
所述多组连接元件中的至少一组连接元件，
其中开关从闭合状态转换到断开状态将使所述至少一组连接元件通过所述第二电路路径释放电流，以向所述光学负载提供电脉冲。
11.根据权利要求10所述的光学封装，其中，所述第一电路路径包括一个或多个电感元件，其中开关从闭合状态转换到断开状态还使所述一个或多个电感元件通过所述第二电路路径释放电流，以向所述光学负载提供电脉冲。
12.根据权利要求10所述的光学封装，其中，所述电源的电压电平防止在所述开关处于闭合状态时，电流流向所述光学负载。
13.根据权利要求10所述的光学封装，其中，所述至少一组连接元件的电感使由所述第一组连接元件在所述开关处于闭合状态时存储的能量的量满足阈值。
14.根据权利要求10所述的光学封装，其中，所述多组连接元件中的至少另一组连接元件的电感使由所述至少另一组连接元件在所述开关处于闭合状态时存储的能量最小化。
15.一种方法，包括：
通过在第一时间区间闭合开关以通过第一电路路径向多组连接元件提供电流，用电源对所述多组连接元件充电，
其中，所述多组连接元件中的第一组连接元件将第一阳极焊盘连接到光学负载的阳极，并且
其中，所述多组连接元件中的第二组连接元件将第二阳极焊盘连接到所述光学负载的阳极，所述第二阳极焊盘与所述第一阳极焊盘分离；以及
通过在所述第一时间区间之后的第二时间区间打开所述开关以通过第二电路路径从所述第一组连接元件释放电流，以向所述光学负载提供电脉冲来驱动所述光学负载。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，通过打开所述开关使一个或多个电感元件通过所述第二电路路径释放电流，以向所述光学负载提供电脉冲来驱动所述光学负载。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电源的电压电平低于驱动所述光学负载所需的阈值电压。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一组连接元件的特性使得所述第一组连接元件的电感使由所述第一组连接元件在充电期间存储的能量的量满足阈值。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述开关是驱动电路中与驱动所述光学负载相关联的唯一开关。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光学负载是垂直腔面发射激光器VCSEL芯片。
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