CN115548866A - 激光发射驱动电路及激光雷达 - Google Patents

Abstract

激光发射驱动电路及激光雷达，所述激光发射驱动电路与激光器模块耦接，包括：驱动模组，包括第一驱动模块和第二驱动模块，其中：第一驱动模块，包括多个第一驱动单元，各第一驱动单元分别耦接于电源端及至少一个激光器的阳极之间；第二驱动模块，包括多个第二驱动单元，各第二驱动单元分别耦接于至少一个激光器的阴极与地之间；采样模块，耦接于第一驱动模块与电源端之间，适于检测电源端输出信号，得到采样信号；判断模块，与采样模块耦接，适于基于采样模块的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障。采用上述方案，能够对激光发射过程进行故障监测。

Description

激光发射驱动电路及激光雷达

技术领域

本说明书实施例涉及激光发射控制技术领域，尤其涉及一种激光发射驱动电路及激光雷达。

背景技术

氮化镓(GaN)功率器件作为第三代半导体的典型代表，在技术上已经十分成熟，其失效率保持在1F1T(每累计十亿小时产生一次故障)左右，因其高可靠性和高性能已在产业上使用十分广泛。

在激光雷达领域，GaN功率器件用于发射端，对激光器进行高速选通控制，从而实现激光脉冲的高频发射以及发射时序的控制，保证每一路激光器的发光时间保持在10ns左右。

尽管GaN功率器件故障率很低，但在激光雷达中大量地使用，一旦某个GaN功率器件出现持续导通这种失效，不仅会影响探测精度，还会导致激光器发射的脉冲能量过多，可能影响生命体的眼睛安全。然而，目前的激光发射电路方案并没有有效的故障检测机制。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种激光发射驱动电路及激光雷达，能够对激光发射过程进行故障监测。

本说明书实施例提供了一种激光发射驱动电路，所述激光驱动电路与激光器模块耦接，所述激光器模块包括多个激光器，所述激光发射驱动电路包括：

驱动模组，包括第一驱动模块和第二驱动模块，其中：所述第一驱动模块，包括多个第一驱动单元，各所述第一驱动单元分别耦接于电源端及至少一个激光器的阳极之间；所述第二驱动模块，包括多个第二驱动单元，各所述第二驱动单元分别耦接于至少一个激光器的阴极与地之间；其中，一个或多个所述第一驱动单元适于响应于第一触发信号，一个或多个所述第二驱动单元适于响应于第二触发信号，以导通相应激光器对应的发光通路；

采样模块，耦接于所述第一驱动模块与所述电源端之间，适于检测所述电源端输出信号，得到采样信号；

判断模块，与所述采样模块耦接，适于基于所述采样模块的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，所述保护阈值大于预设数量的激光器发光时对应的采样信号值。

可选地，所述采样模块包括：电阻，耦接于所述第一驱动模块和所述电源端之间；

采样单元，适于获取所述电阻两端的电压，输出所述采样信号。

可选地，所述采样单元包括运算放大器，其第一输入端耦接于所述电阻的第一端，其第二输入端耦接于所述电阻的第二端，其输出端适于输出所述采样信号。

可选地，所述判断模块包括：比较单元，其第一输入端适于输入所述采样信号，其第二输入端适于输入所述保护阈值对应的电压信号，其输出端适于输出状态检测信号。

可选地，所述采样模块还包括：模数转换器，适于将所述采样信号转换为数字信号值。

可选地，所述判断模块包括：逻辑判断单元，适于将所述数字信号值与所述保护阈值进行比较，确定相应发光通路对应的第二驱动单元是否发生故障。

可选地，所述激光器模块包括P1个激光器组，每个激光器组包括Q1个激光器，所述Q1个激光器的阳极耦接到同一第一驱动单元，所述Q1个激光器的阴极耦接到不同的第二驱动单元，其中，P1和Q1的乘积为所述激光器模块中激光器的总数量；

和/或，

所述激光器模块包括P2个激光器组，每个激光器组包括Q2个激光器，所述Q2个激光器的阴极耦接到同一第二驱动单元，所述Q2个激光器的阳极耦接到不同的第一驱动单元，其中P2和Q2的乘积为所述激光器模块中激光器的总数量。

可选地，所述P1、Q1的取值使得P1和Q1之和最小；

和/或，

所述P2、Q2的取值使得P2和Q2之和最小。

可选地，所述激光发射驱动电路还包括：控制模块，与所述激光发射驱动电路中的判断模块耦接，适于按照预设的发光控制参数，输出所述第一触发信号和所述第二触发信号，以驱动所述激光器模块中的激光器发光，且在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，执行故障保护操作，以控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路。

可选地，，所述控制模块，还适于输出故障保护信号控制所述第一驱动单元关断。

可选地，第二驱动单元包括耦接在发光通路上的开关，所述故障保护信号控制所述开关关断。

可选地，所述控制模块，还适于在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，输出故障报警信号。

相应的，本说明书实施例还提供了一种激光雷达，包括：激光器模块、光学系统、回波探测装置及计算系统，以及前述任一项实施例所述的激光发射驱动电路，其中：

所述激光器模块，适于提供探测光；

所述激光发射驱动电路，适于驱动所述激光器模块中的激光器发光；

所述光学系统，适于将所述探测光传导到探测目标物，并将所述探测目标物的反射光传导到所述回波探测装置；

所述回波探测装置，适于获取所述反射光的接收时间；

所述计算系统，适于根据所述探测光的发射时间和所述反射光的接收时间，计算所述探测目标物的距离。

采用本说明书实施例中的激光发射驱动电路，其中包括驱动模组、采样模块和判断模块，所述驱动模组包括第一驱动模块和第二驱动模块，其中所述第一驱动模块包括多个第一驱动单元，所述第二驱动模块包括多个第二驱动单元，一个或多个所述第一驱动单元适于响应于第一触发信号，一个或多个所述第二驱动单元适于响应于第二触发信号，以导通相应激光器对应的发光通路，其中通过在第一驱动模块与电源端间耦接一采样模块，并由所述采样模块检测所述电源端输出信号，得到相应的采样信号，所述判断模块可以基于所述采样模块的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，其中，所述保护阈值大于预设数量的激光器发光时对应的采样信号值。因此，通过所述采样模块和所述判断模块配合，能够对激光发射过程进行故障监测。

进一步地，所述采样模块包括电阻和采样单元，由于所述电阻耦接于所述第一驱动模块和所述电源端之间，所述采样单元可以采集所述电阻两端的电压变化，并输出相应的采样信号。

进一步地，所述判断模块包括比较单元，所述比较单元通过直接比较其第一端输入的采样信号与其第二端输入的保护阈值对应的电压信号大小，无需转换采样信号的类型，就可以输出相应的状态检测信号。

进一步地，所述激光器模块包括P1个激光器组，每个激光器组包括Q1个激光器，其中所述Q1个激光器的阳极耦接到同一第一驱动单元，即所述Q1个激光器共阳极，和/或，所述激光器模块包括P2个激光器组，每个激光器组包括Q2个激光器，其中所述Q2个激光器的阴极耦接到同一第一驱动单元，即所述Q2个激光器共阴极。通过使得P1与Q1之和最小和/或使得P2与Q2之和最小，可以在保证激光器数量的情况下，减少激光器打线和焊盘的数量，从而可以减小激光发射驱动电路的面积。

进一步地，所述激光发射驱动电路还可以包括控制模块，且所述控制模块与判断模块耦接，一方面，所述控制模块可以输出第一触发信号和第二触发信号，控制第一驱动单元和第二驱动单元的通断，使得所述激光器按照预设控制参数正常发光；另一方面，所述控制模块可以在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，执行故障保护操作，以控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路，避免激光器在电路处于故障状态下持续发光，保障人眼安全。

进一步地，所述控制模块还可以在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，输出故障报警信号，以提醒用户检测并及时更换器件，防止因误操作引起激光器再次发光，保障人眼安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种激光发射驱动电路的结构示意图；

图2为一种激光发射驱动电路脉冲编码原理示意图；

图3为本说明书实施例中一种激光发射驱动电路的结构示意图；

图4为本说明书实例中一种采样模块的结构示意图；

图5为本说明书实例一种激光器芯片的结构示意图；

图6为本说明书实例另一种激光器芯片的结构示意图；

图7为本说明书实施例中一种激光发射驱动电路的具体结构示意图；

图8为本说明书实施例中一种激光发射驱动电路故障检测过程原理示意图；

图9为本说明书实施例中激光发射驱动电路与现有技术激光发射驱动电路，不同状态下的激光器发光时间对比图；

图10为本说明书实施例中一种激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，尽管GaN功率器件故障率很低，但当某个GaN功率器件出现持续导通，不仅会影响探测精度，还会导致激光器发射的脉冲能量过多，影响生命体的眼睛安全。

为使本领域技术人员更加明了现有技术问题，以下结合一种激光发射驱动电路进行说明。

参照图1所示的一种激光发射驱动电路的结构示意图，所述激光发射驱动电路10与电源VBUS耦接和激光器组分别耦接，所述激光器组可以包括128个激光器L1～L128，所述驱动发射驱动电路10可以包括4个阳极驱动开关S1、S2、S3、S4，32个阴极驱动开关GaN1～GaN32以及控制模块11。

在具体实施中，所述电源VBUS用于提供稳定电压源，所述控制模块11用于控制各所述4个阳极驱动开关和各所述32个阴极驱动开关的通断，并按照预设控制时序，导通所述128个激光器对应的通路。例如，在控制模块11的控制下，阳极驱动开关S1闭合，阴极驱动开关GaN1先闭合，激光器L1发光，发光结束后阴极驱动开关GaN1断开；之后，阳极驱动开关S1保持闭合状态，阴极驱动开关GaN2闭合，激光器L5发光，……，按照所述预设控制时序，可以实现这128个激光器轮巡发光。

在实际应用中，可根据探测需要设定各激光器的发光时序，例如，在控制模块11的控制下，阳极驱动开关S1闭合，阴极驱动开关GaN1先闭合，激光器L1发光，L1发光结束后阴极驱动开关GaN1断开；在预定时间后，阴极驱动开关GaN3闭合，激光器L9发光，发光结束后阳极驱动开关S1和阴极驱动开关GaN3断开；选通阳极驱动开关S2闭合，阴极驱动开关GaN1闭合，激光器L2发光……即，在一个阳极驱动开关闭合期间，在与该阳极驱动开关耦接的激光器中选通若干个激光器依次发光，然后切换到另一阳极驱动开关，通过阳极驱动开关和阴极驱动开关之间的选择和切换，实现128个激光器轮巡发光。

结合图1，参照图2所示的一种激光发射驱动电路脉冲编码原理示意图，图2示出了在阳极驱动开关S1闭合时间内，选择与所述阳极驱动开关S1耦接的激光器L1/L5/L9轮巡发光的示意图。

由图2可知，在控制模块11的控制下，阳极驱动开关S1闭合，阴极驱动开关GaN1闭合，则激光器L1发光；10ns后，阴极驱动开关GaN1断开，即激光器L1发出脉宽约为10ns的脉冲；100ns后，阴极驱动开关GaN1再次闭合，激光器L1发出第二个脉冲，……阴极驱动开关GaN1的相邻两次闭合时间间隔控制激光器L1发射的多个脉冲的时间间隔，因此，可通过阴极驱动开关的闭合时间，实现激光器发射多脉冲的时序编码。

图2示意了一个激光器发射四脉冲，则在第四个脉冲发射完成之后，GaN1断开，在预定时间后，阴极驱动开关GaN2闭合，使激光器L5发出第一个脉冲，10ns后GaN2断开，100ns后再次闭合以使激光器L5发出第二个脉冲，……。以阳极驱动开关S1一次闭合期间选择L1/L5/L9轮巡发光为例，在L9发出第四个脉冲之后，阳极驱动开关S1和阴极驱动开关GaN3断开。然后选通其他阳极驱动开关，及相应的阴极驱动开关，实现激光器的轮巡发光。

上述阴极驱动开关的一次闭合时间(即：激光器发射脉冲的脉宽)、阴极驱动开关两次闭合的时间间隔(与激光器多脉冲时序编码对应)、一个阳极驱动开关闭合期间被驱动发光的激光器个数、脉冲个数等参数均为示例，实际应用中均可调整。例如，各激光器发射的脉冲个数可以不同，图2所示的各激光器发射四脉冲时，每相邻两个脉冲的时间间隔可以不同。

如上所述，各所述阴极驱动开关的闭合时间大约为10ns，也即与所述阴极驱动开关耦接的激光器的发光时长为10ns，发出一个脉宽约为10ns的激光脉冲。在阳极驱动开关闭合时段内，选通的各所述激光器需要轮巡发光2～m次(m为大于等于3的正整数)，而每次脉冲间隔时间为100ns；一个激光器的2～m个脉冲发射完成后，需要等待预定时间后，下一个激光器开始发光，因此，各所述阳极开关的闭合时间需要保持在微秒级别，才能完成多个所述激光器的轮巡发光。

但是，当所述激光发射驱动电路10中的阴极驱动开关因故障失效而持续导通时，可能导致与所述阴极驱动开关耦接的激光器持续发光，当所述激光器的发光时间过长时，可能影响生命体的眼睛安全。

例如，阴极驱动开关GaN1因击穿等故障而持续导通，当阳极驱动开关S1闭合后，激光器L1发光，正常情况下，所述激光器L1发光10ns后会熄灭，并在100ns后重新发光，但由于所述阴极驱动开关GaN1持续导通，导致所述激光器L1无法正常熄灭，所述激光器L1会持续发光，直至所述阳极驱动开关S1断开。参照图2，所述阳极驱动开关S1从闭合到断开的持续时间可以达到5μs左右，而激光器持续发光超过人眼安全阈值时间30ns，可能会引起人眼安全问题，此时如果附近有人眼直视所述激光器L1，可能会对人眼造成永久性损伤。

由上可知，目前激光雷达的发射端，并没有简单有效的检测保障机制。

针对上述问题，在激光发射端，采用本说明书实施例中的激光发射驱动电路，其中包括驱动模组、采样模块和判断模块，所述驱动模组包括第一驱动模块和第二驱动模块，其中所述第一驱动模块包括多个第一驱动单元，所述第二驱动模块包括多个第二驱动单元，一个或多个所述第一驱动单元适于响应于第一触发信号，一个或多个第二驱动单元适于响应于第二触发信号，以导通相应激光器对应的发光通路，其中，通过在第一驱动模块与电源端间耦接一采样模块，并由所述采样模块检测所述电源端输出信号，得到相应的采样信号，所述判断模块可以基于所述采样模块的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，其中，所述保护阈值大于预设数量的激光器发光时对应的采样信号值。因此，通过所述采样模块和所述判断模块配合，能够对激光发射过程进行故障监测。

为使本领域技术人员更好地理解本说明书实施例中激光发射驱动电路的监测及控制机制、原理及优点，以下参照附图，通过具体实施例进行详细描述。

图3示出了一种激光发射驱动电路的结构示意图，在本说明书一些实施例中，激光发射驱动电路30与所述激光器模块3A耦接，所述激光器模块3A可以包括多个激光器，所述激光发射驱动电路30可以包括：

第一驱动模块31和第二驱动模块32，其中：

所述第一驱动模块31，可以包括多个第一驱动单元，各所述第一驱动单元分别耦接于电源端VBUS及至少一个激光器的阳极之间；

所述第二驱动模块32，可以包括多个第二驱动单元，各所述第二驱动单元分别耦接于至少一个激光器的阴极与地之间；

其中，一个或多个所述第一驱动单元适于响应于第一触发信号，一个或多个所述第二驱动单元适于响应于第二触发信号，以导通相应激光器对应的发光通路；

采样模块33，耦接于所述第一驱动模块31与所述电源端VBUS之间，适于检测所述电源端VBUS输出信号，得到采样信号；

判断模块34，与所述采样模块33耦接，适于基于所述采样模块33的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，所述保护阈值大于预设数量的激光器发光时对应的采样信号值。

以下参照图3，描述所述激光发射驱动电路30的工作原理：

首先，当所述第一驱动模块31中的一个或者多个第一驱动单元响应于第一触发信号导通，以及所述第二驱动模块32中的一个或者多个第二驱动单元响应于第二触发信号导通时，可以导通与所述激光发射驱动电路30耦接的激光器模块3A中相应激光器的发光通路，所述激光器模块3A中的激光器正常发光。

与此同时，所述采样模块33检测所述电源端VBUS的输出信号，得到相应的采样信号，并将所述采样信号输出至与所述采样模块33耦接的判断模块34，所述判断模块34可以基于所述采样模块33的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，其中，所述保护阈值大于预设数量的激光器发光时对应的采样信号值。

由上可知，通过所述采样模块33检测所述电源端VBUS输出信号，得到相应的采样信号，并由所述判断模块34基于所述采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，因此，通过所述采样模块33和所述判断模块34配合，能够对激光发射过程进行故障监测。

为使本领域技术人员更好地理解和实施，以下示出本说明书激光发射电路中各模块的一些可实现示例。

参照图4所示的本说明书实例中一种采样模块的结构示意图，在本说明书一些实施例中，如图4所示，所述采样模块40耦接于所述第一驱动模块4A与所述电源端VBUS之间，所述采样模块40具体可以包括：

电阻R，耦接于所述第一驱动模块4A与所述电源端VBUS之间；

采样单元41，适于获取所述电阻R两端的电压，输出所述采样信号。

在具体实施中，所述采样单元41可以包括运算放大器OA，其第一输入端耦接于所述电阻R的第一端，其第二输入端耦接于所述电阻R的第二端，其输出端适于输出所述采样信号。

在本说明书一些实施例中，当所述采样模块40检测到所述电源端VBUS输出信号，得到相应的采样信号，可以将所述采样信号输出至所述判断模块。

在具体实施中，若所述电源端的电压较大，可以在所述采样模块中设置相应的分压电路(例如分压电阻)，并通过分压采样端进行采样。

可以理解的是，以上采样模块的具体结构仅为示例说明，并不用于限定采样模块的具体结构，在具体实施中，也可以采用其他结构的采样电路或器件对所述电源端输出的信号进行采样。

在具体实施中，根据采样模块40输出的采样信号类型，可以采用不同类型的判断模块，并由所述判断模块根据所述采样模块40的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障。

在本说明书一些实施例中，所述采样模块40可以先将所述采样信号的类型进行转换，并将转换后的信号输出至所述判断模块，由所述判断模块将所述转换后的信号与保护阈值进行比较，因此，所述采样模块40还可以包括模数转换器42，所述模数转换器42适于将所述采样信号转换为数字信号值。

在这种情况下，所述判断模块可以包括逻辑判断单元，所述逻辑判断单元适于将所述数字信号值与所述保护阈值进行比较，并根据相应的比较结果，确定相应发光通路对应的第二驱动单元是否发生故障。

在本说明书另一些实施例中，当所述采样模块40检测到所述电源端VBUS输出信号，得到采样信号，可以直接将所述采样信号输出至所述判断模块，由所述判断模块将所述采样信号与所述保护阈值进行比较。

此时，所述判断模块可以包括比较单元，所述比较单元的第一输入端适于输入所述采样信号，其第二输入端适于输入所述保护阈值对应的电压信号，其输出端适于输出状态检测信号，所述状态检测信号可以用来表征相应的第二驱动单元的故障状态。

具体而言，当输出的状态检测信号为高电平1时，说明所述采样信号大于所述保护阈值对应的电压信号，也即相应的第二驱动单元处于故障状态；当输出的状态检测信号为低电平时，说明所述采样信号小于所述保护阈值对应的电压信号，也即相应的第二驱动单元处于正常状态。

因此，通过检测电源端VBUS端输出信号，得到相应的采样信号，并将所述采样信号与预设的保护阈值进行比较，并根据比较结果，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，从而能够对激光发射过程进行故障监测。

参照图5所示的本说明书实施例中一种激光器芯片的结构示意图，示出了具有32线激光器的激光器芯片，其中，所述激光器芯片50共有4个阳极驱动通道，分别用HV1～HV4表示，相应的，由粗实线L5连接的每8个激光器的阳极互相连接。

作为一具体示例，本说明书中的所述激光器模块中的多个激光器可以采用“共阳极”的方式接入到激光发射驱动电路。具体而言，所述激光器模块可以包括P1个激光器组，每个激光器组可以包括Q1个激光器，且所述Q1个激光器的阳极耦接到同一第一驱动单元，所述Q1个激光器的阴极耦接到不同的第二驱动单元，其中，P1和Q1的乘积为所述激光器模块中激光器的总数量。

参照图6所示的本说明书实施例中另一种激光器芯片的结构示意图，示出了具有32线激光器的激光器芯片，其中，所述激光器芯片60共有8个阴极驱动通道，分别用N1～N8表示，相应的，由虚线L6隔开的每4个激光器的阴极互相连接。

作为一具体示例，所述激光器模块中的多个激光器可以采用“共阴极”的方式接入到激光发射驱动电路。具体而言，所述激光器模块可以包括P2个激光器组，每个激光器组可以包括Q2个激光器，且所述Q2个激光器的阴极耦接到同一第二驱动单元，所述Q2个激光器的阳极耦接到不同的第一驱动单元，其中，P2和Q2的乘积为所述激光器模块中激光器的总数量。

需要说明的是，当P1和Q1乘积固定时，所述P1、N1的取值要使得P1与Q1之和最小，即在使得P1*Q1＝L1，且L1为定值时，P1+Q1＝X1的值为所取到P1与Q1之和的最小值；当所述P2和Q2乘积固定时，所述P2、Q2的取值要使得P2与Q2之和最小，即在使得P2*Q2＝L2，且L2为定值时，P2+Q2＝X2的值为所取到P2与Q2之和的最小值。

通过使得P1与Q1之和最小，和/或使得P2与Q2之和最小，可以在保证激光器数量的情况下，减小激光发射驱动电路端电路器件的数量，从而减小芯片面积。

在具体实施中，当所述激光器模块同时包括以“共阳极”的连接方式接入到激光发射驱动电路的激光器，和以“共阴极”的连接方式接入到激光发射驱动电路的激光器时，可以令P1＝Q2，或者令P2＝Q1，可使得驱动电路驱动单元数量最少，进一步减少芯片打线数量，减小芯片面积。

在具体实施中，一方面，在所述采样模块和所述判断模块的配合下，确定对应的第二驱动单元发生故障时，需要采取相应的故障保护操作，使得与发生故障的所述第二驱动单元耦接的发光通路断开；另一方面，当所述激光器模块存在多个激光器，在激光发射驱动电路工作时，需要确保各激光器按照预设的发光参数发光，因此，在本说明书实施例中，所述激光发射驱动电路还可以包括控制模块，其中：

所述控制模块可以与所述激光发射驱动电路中的判断模块耦接，适于按照预设的发光控制参数，输出所述第一触发信号和所述第二触发信号，以驱动所述激光器模块中的激光器发光，且在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，执行故障保护操作，以控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路。

具体而言，当激光发射驱动电路工作时，由所述控制模块向所述激光发射驱动电路中的第一驱动模块发送所述第一触发信号，以导通相应的第一驱动单元，同时向所述激光发射驱动电路中的第二驱动模块发送所述第二触发信号，以导通相应的第二驱动单元，从而导通相应激光器对应的发光通路，使得所述激光器按照预设的发光控制参数发光。

当所述判断模块确定所述激光发射驱动电路中的第二驱动模块中的某一第二驱动单元处于故障状态时，可以将所述故障状态信息输出至与其耦接的控制模块，由所述控制模块执行故障保护操作，断开处于故障状态下的第二驱动单元，以关断与所述第二驱动单元耦接的发光通路，避免激光器在电路处于故障状态下持续发光，对人眼造成伤害。

在具体实施中，所述控制模块执行故障保护操作，断开相应发光通路的同时，还适于输出故障保护信号控制所述第一驱动单元关断。

通过关断处于故障状态下的第二驱动单元，以及关断与所述第二驱动单元耦接的所述第一驱动单元，可以确保处于故障状态下的发光通路完全断开，防止激光器因电路故障，持续发光，降低对生命体的眼睛造成伤害的可能性。

当确定对应的第二驱动单元故障时，所述控制模块除了可以通过输出控制信号关断相应的第一驱动单元和第二驱动开关，还适于在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，输出故障报警信号，并向用户发送相应的故障信息，以提醒用户检测并及时更换故障器件。

在本说明书的一些实施例中，所述第二驱动单元可以包括耦接在发光通路上的开关，所述故障保护信号可以控制所述开关关断。

在具体实施中，所述开关可以为晶体管、GaN功率器件等开关器件或电路，所述晶体管例如可以是MOS管、三极管、IGBT等开关管。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本说明书实施例中的激光发射驱动电路对激光发射进程的故障检测及保护原理，以下结合附图，通过具体应用场景进行详细说明。

参照图7所示的本说明书实施例中一种激光发射驱动电路的具体结构示意图，其中，所述激光发射驱动电路70与激光器模块7A耦接，所述激光发射驱动电路70具体可以包括：第一驱动模块71、第二驱动模块72、采样模块73、判断模块74以及可选地还包括控制模块75。

以下参照图7，分别对各模块的具体可实现示例及工作原理进行详细描述。

作为具体示例，所述激光器模块7A可以包括32个激光器组，每个激光器组包括4个激光器，即所述激光器模块7A共有128个激光器。相应的，所述第一驱动模块71可以包括4个第一驱动单元，所述第二驱动模块72可以包括32个第二驱动单元，如图7中的第一驱动单元S71、S72、S73和S74，第二驱动单元GaN1至GaN32。

其中，所述32个激光器组中，每组四个激光器的阳极可以分别耦接到不同的第一驱动单元，所述每组四个激光器的阴极耦接到同一第二驱动单元。例如，如图7所示，激光器L1～L4所形成的激光器组中，激光器L1的阳极与第一驱动单元S71耦接，激光器L2的阳极与第一驱动单元S72耦接，激光器L3的阳极与第一驱动单元S73耦接，激光器耦接L4的阳极与第一驱动单元S74耦接，激光器L1～L4的阴极均与第二驱动单元GaN1耦接。

对于其他激光器组中的激光器与相应的第一驱动单元和第二驱动单元的耦接方式，可以参照附图7，及对激光器L1～L4所形成的激光器组的上述描述，在此不再赘述。

继续参照图7，作为具体示例，所述采样模块73可以包括电阻R0、运算放大器OA0和数模转换器731，其中，所述电阻R0可以耦接于所述各第一驱动单元和电源端VBUS之间，如图7所述，所述电阻R0的第一端分别与各第一驱动单元S71、S72、S73和S74的一端耦接，其第二端与所述电源端VBUS耦接；

所述运算放大器OA0的第一端耦接于所述电阻R0的第一端，其第二输入端耦接于所述电阻R0的第二端，其输出端与所述模数转换器731耦接，并由所述模数转换器731将采样信号转换为数字信号值，输出至所述判断模块74。

所述判断模块74分别与所述模数转换器731和所述控制模块75耦接，适于将所述数字信号值与所述保护阈值进行比较，并将相应发光通路对应的第二驱动单元状态信息输出至所述控制模块75；

所述控制模块75分别与所述第一驱动模块71中的各第一驱动单元耦接，适于根据判断模块74发送的各第二驱动单元状态信息，控制各所述第一驱动单元的通断或者对应的第二驱动单元的通断。如图7所示，所述控制模块75分别与第一驱动单元S71、S72、S73和S74耦接。

在本说明书实施例中，所述控制模块和所述判断模块可以封装在一起，共同作为所述激光发射驱动电路的控制装置的一部分。

所述控制装置具体可以通过中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等处理芯片实现，也可以通过特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路实现.

作为一具体示例，所述控制模块75和所述判断模块74可以为FPGA的一部分，并在所述激光发射驱动电路正常工作时，控制所述激光器模块中的激光器发光，以及在所述激光发射驱动电路处于故障状态时，执行故障保护操作，以控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路。

所述激光发射驱动电路70故障检测原理为：

所述控制模块75根据预设的发光控制参数，分别向所述第一驱动模块71发送第一触发信号，导通相应的第一驱动单元，向所述第二驱动模块72发送第二触发信号，导通相应的第二驱动单元，从而导通所述激光器模块7A中对应激光器的通路，激光器发光。此时，所述电源端VBUS会向处于发光状态下的激光器提供电流I，所述电流I经所述电阻R0，并在所述电阻R0两端产生电压U_R＝I*R0。

所述运算放大器OA0可以对电阻R0两端的电压U_R进行放大，得到放大后的电压U_A＝A*I*R0，并由所述模数转换器731将电压U_A进行转换，得到与所述电压U_A对应的数字信号值，输出至所述判断模块74，其中，A为所述运算放大器OA0的增益。

所述判断模块74将与所述电压U_A对应的数字信号值和所述保护阈值U₀进行比较，并根据比较结果调整所述控制模块75的输出。

其中，所述保护阈值U₀可由FPGA根据实际需要进行设定，所述FPGA可以通过比较所述电压U_A对应的数字信号值与所述保护阈值U₀，调整所述控制模块75的输出。

具体而言，当所述电压U_A对应的数字信号值小于所述保护阈值U₀时，说明所述激光发射驱动电路70处于正常工作状态，所述判断模块74不调整所述控制模块75的输出，所述控制模块75按照预设的发光控制参数，导通相应各所述激光器的通路。

当所述电压U_A对应的数字信号值大于所述保护阈值U₀时，说明所述激光发射驱动电路70处于故障状态，所述判断模块74确定对应的第二驱动单元发生故障，并将发生故障的第二驱动单元信息发送至所述控制模块75，所述控制模块75执行故障保护操作，以控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路，并停止向所述第一驱动模块71发送第一触发信号，以及停止向所述第二驱动模块72发送第二触发信号。

其中，所述控制模块75控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路的方式可以包括：所述控制模块75输出故障保护信号控制所述第一驱动单元关断或者控制所述第二驱动单元关断或者同时关断二者。

为方便理解，以下以激光器L1和L5为例，对上述故障检测过程原理进行说明。

结合图7，参照图8所示的本说明书实施例中一种故障检测过程原理示意图，其中，横轴表示时间，单位可以为ns；纵轴表示电压，单位可以为V。

在0至t1时段内，第一驱动单元S71导通，第二驱动单元GaN1导通，激光器L1所在支路导通，激光器L1发光(图7中激光器L1示例为白色，表示处于发光状态)，所述电源端VBUS向所述激光器L1提供电流I_L1，并在所述电阻R0两端产生电压U_R＝I_L1R1，经运算放大器OA0放大和模数转换器741转换后，得到电压U_A1，其值小于保护阈值U₀，说明电路正常工作。

t1时刻，第一驱动单元S71继续保持导通状态，按照预设的发射控制参数，第二驱动单元GaN1应该断开，驱动单元GaN2导通，激光器L5发光。然而，若驱动单元GaN1发生故障，则此时驱动单元GaN1会持续导通，即激光器L1和L5同时发光(图7中激光器L1、L5示例为白色，表示处于发光状态，其他激光器为黑色，表示当前未处于发光状态)，所述电源端VBUS向所述激光器L1提供电流I_L1，以及向所述激光器L5提供电流I_L5，电阻R0两端产生的电压U_R＝(I_L1+I_L5)*R1，经运算放大器OA0放大和模数转换器731转换后，得到电压值U_A2，由图8可知，U_A2＞U₀，说明电路处于故障状态。

在t2时刻，控制模块75执行故障保护操作，断开驱动单元GaN1。同时停止向S71至S74发送第一触发信号，以及停止向GaN1至GaN32发送第二触发信号。

在t3时刻，整个激光发射驱动电路停止工作，激光器不再发射激光，相应地，所述采样模块73采样到的电压值为0。

在具体实施中，当电路中的第二驱动单元出现故障时，所述控制模块75还可以向用户发送故障指示，以提醒用户检测并及时更换相应的第二驱动单元。

由上可知，采用本说明书实施例的激光发射驱动电路，由判断模块基于采样模块的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，并在确定所述第二驱动单元发生故障时，执行相应的故障包括操作，从而关断与所述第二驱动单元耦接的发光通路，因此，可以缩短相应激光器的发光时长，从而降低对人眼的伤害。

结合图7，参照图9所示的为本说明书实施例中激光发射驱动电路与现有技术激光发射驱动电路，不同状态下的激光器发光时间对比图，其中，图9中子图(a)表示现有技术激光发射驱动电路，不同状态下的激光器发光时间示意图，图9中子图(b)表示本说明书实施例中激光发射驱动电路故，不同状态下的激光器发光时间示意图，T1表示第一驱动单元导通时间、T2表示第二驱动单元故障时，与其耦接的激光器的发光时长、T3表示第二驱动单元正常时，与其耦接的激光器的发光时长。

由图9可知，当激光发射驱动电路未发生故障时，现有技术中的激光器发光时间与本说明书实施例中的激光器发光时间一致。

然而，当某一第二驱动单元发生故障持续导通时，若不及时处理，图9中子图(a)可知，与处于故障状态的所述第二驱动单元耦接的激光器均会持续发光，直至对应的第一驱动单元断开，而所述第一驱动单元在故障发生后的5μs时间内断开，也即与所述第二驱动单元耦接的激光器发光总时长为5μs，远远大于人眼安全阈值时间30ns，从而造成人眼安全问题。

当采用本说明书中的激光发射驱动电路，由图9中子图(b)可知，当第二驱动单元发生故障时，电路中各模块执行相应的操作，使得与处于故障状态的所述第二驱动单元耦接的激光器发光时间仅为2μs，之后，所述激光发射驱动电路停止工作，激光器不再发射激光，从而可以避免其他路的激光器长时间发光，降低人眼安全问题。

需要说明的是，当第二驱动单元发生故障时，由于从激光器发光至相应第一驱动单元关断，需要经历信号采样、信号放大、信号转换、判断识别和控制指令执行这些中间过程，因此，不能立刻断开相应的激光器发光通路，激光器存在一段发光时间。

需要说明的是，上述以共阴极激光发射驱动电路为例对其故障监测过程、原理进行说明，在本说明书的其他实施例中，所述激光发射驱动电路还可以是共阳极激光发射驱动电路。

本说明书实施例还提供了与以上任意实施例所述的激光发射驱动电路对应的激光雷达，以下参照附图，通过具体实施例进行详细介绍。

参照图10所示的本说明书实施例中的一种激光雷达的结构示意图，在本说明书一些实施例中，所述激光雷达M0适于探测目标物MA，具体可以包括激光器模块M1、光学系统M3、回波探测装置M4、计算系统M5，以及上述任一实施例所述的激光发射驱动电路M2，其中：

所述激光器模块M1，适于提供探测光；

所述激光发射驱动电路M2，适于驱动所述激光器模块M1中的激光器发光；

所述光学系统M3，适于将所述探测光传导到探测目标物，并将所述探测目标物的反射光传导到所述回波探测装置M4；

所述回波探测装置M4，适于获取所述反射光的接收时间；

所述计算系统M5，适于根据所述探测光的发射时间和所述反射光的接收时间，计算所述探测目标物的距离。

在本说明书实施例中，所述激光雷达M0中的激光发射驱动电路M2均可以采用本说明书实施例所介绍的激光发射驱动电路，以实现激光扫描，获得相应的点云数据，激光发射驱动电路的具体结构及工作原理、优点等均可以参见前述实施例，在此不再赘述。

采用本说明书实施例中的激光雷达M0进行测距等工作时，当激光驱动发射电路M2正常工作时，所述激光驱动发射电路M2按照预设的发光控制参数，选择导通与激光器耦接的第一驱动单元和第二驱动单元，激光器模块M1中的激光器发光，其中，所述发光控制参数可以包括发光时长、发光顺序(某一激光器连续发光或各激光器依次发光)、发光频率等其中一种或多种，所述激光雷达M0可以探测目标物MA，当所述目标物MA产生的回波返回至激光雷达M0，通过选择和切换所述激光驱动发射电路M2中的第一驱动单元和第二驱动单元，可以导通所述激光器模块M1中另一激光器所在的发光通路，并在预定时间后，选择导通所述激光器模块M1中其他激光器所在的发光通路，直至所有的激光器均完成轮巡发光，其中，所述预定时间＝探测距离*2/光速。其中，若其中的激光驱动发射电路M2发生故障时，可以实时地被检测到，从而可以执行相应的故障保护操作，提高测距精度，并避免对人眼造成伤害。

在具体实施中，所述激光器模块M1中的激光器例如可以是边缘发射激光器(EdgeEmitting Laser，EEL)或垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)等，本说明书实施例中并不限定所采用的激光器类型。

虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种激光发射驱动电路，其特征在于，与激光器模块耦接，所述激光器模块包括多个激光器，所述激光发射驱动电路包括：

驱动模组，包括第一驱动模块和第二驱动模块，其中：所述第一驱动模块，包括多个第一驱动单元，各所述第一驱动单元分别耦接于电源端及至少一个激光器的阳极之间；所述第二驱动模块，包括多个第二驱动单元，各所述第二驱动单元分别耦接于至少一个激光器的阴极与地之间；其中，一个或多个所述第一驱动单元适于响应于第一触发信号，一个或多个所述第二驱动单元适于响应于第二触发信号，以导通相应激光器对应的发光通路；

采样模块，耦接于所述第一驱动模块与所述电源端之间，适于检测所述电源端输出信号，得到采样信号；

判断模块，与所述采样模块耦接，适于基于所述采样模块的采样信号与预设的保护阈值之间的关系，确定对应的第二驱动单元是否发生故障，所述保护阈值大于预设数量的激光器发光时对应的采样信号值。

2.根据权利要求1所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述采样模块包括：

电阻，耦接于所述第一驱动模块和所述电源端之间；

采样单元，适于获取所述电阻两端的电压，输出所述采样信号。

3.根据权利要求2所述的激光发射驱动电路，其特征在于，

所述采样单元包括运算放大器，其第一输入端耦接于所述电阻的第一端，其第二输入端耦接于所述电阻的第二端，其输出端适于输出所述采样信号。

4.根据权利要求2或3所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述判断模块包括：

比较单元，其第一输入端适于输入所述采样信号，其第二输入端适于输入所述保护阈值对应的电压信号，其输出端适于输出状态检测信号。

5.根据权利要求2或3所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述采样模块还包括：模数转换器，适于将所述采样信号转换为数字信号值。

6.根据权利要求5所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述判断模块包括：逻辑判断单元，适于将所述数字信号值与所述保护阈值进行比较，确定相应发光通路对应的第二驱动单元是否发生故障。

7.根据权利要求1所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述激光器模块包括P1个激光器组，每个激光器组包括Q1个激光器，所述Q1个激光器的阳极耦接到同一第一驱动单元，所述Q1个激光器的阴极耦接到不同的第二驱动单元，其中，P1和Q1的乘积为所述激光器模块中激光器的总数量；

和/或，

所述激光器模块包括P2个激光器组，每个激光器组包括Q2个激光器，所述Q2个激光器的阴极耦接到同一第二驱动单元，所述Q2个激光器的阳极耦接到不同的第一驱动单元，其中P2和Q2的乘积为所述激光器模块中激光器的总数量。

8.根据权利要求7所述的激光发射驱动电路，其特征在于，

所述P1、Q1的取值使得P1与Q1之和最小；

和/或，

所述P2、Q2的取值使得P2与Q2之和最小。

9.根据权利要求1所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述激光发射驱动电路还包括：

控制模块，与所述激光发射驱动电路中的判断模块耦接，适于按照预设的发光控制参数，输出所述第一触发信号和所述第二触发信号，以驱动所述激光器模块中的激光器发光，且在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，执行故障保护操作，以控制与所述第二驱动单元耦接的发光通路断路。

10.根据权利要求9所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述控制模块，还适于输出故障保护信号控制所述第一驱动单元关断。

11.根据权利要求10所述的激光发射驱动电路，其特征在于，第二驱动单元包括耦接在发光通路上的开关，所述故障保护信号控制所述开关关断。

12.根据权利要求9-11任一项所述的激光发射驱动电路，其特征在于，所述控制模块，还适于在所述判断模块确定对应的第二驱动单元故障时，输出故障报警信号。

13.一种激光雷达，其特征在于，包括：激光器模块、光学系统、回波探测装置及计算系统，以及权利要求1-12任一项所述的激光发射驱动电路，其中：

所述激光器模块，适于提供探测光；

所述激光发射驱动电路，适于驱动所述激光器模块中的激光器发光；

所述光学系统，适于将所述探测光传导到探测目标物，并将所述探测目标物的反射光传导到所述回波探测装置；

所述回波探测装置，适于获取所述反射光的接收时间；

所述计算系统，适于根据所述探测光的发射时间和所述反射光的接收时间，计算所述探测目标物的距离。

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