CN116736328A - 激光雷达及其驱动电路、驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种激光雷达及其驱动电路、驱动方法，所述驱动电路包括：开关控制单元，用于选择性地控制所述光发射装置发光和停止发光；第一监控单元，用于监测所述光发射装置的发光能量；第二监控单元，用于监测所述光发射装置的发光时间；安全控制单元，用于在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，通过所述开关控制单元控制所述光发射装置停止发光。本发明技术方案能够在保证激光雷达工作效率的基础上降低激光器发光带来的人眼安全风险。

Description

激光雷达及其驱动电路、驱动方法

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达及其驱动电路、驱动方法。

背景技术

激光雷达中激光器的能量超过一定值将会对人眼组织产生不可逆的损伤。在激光安全标准中定义了激光能量的要求，激光器发射电路需要满足在任意单点失效的情况下(主要是开关失效)，发出的激光能量不超过人眼安全阈值。激光器高边驱动电路可以驱动激光器发光，其基本原理如图1所示，高边驱动电路可以等效为一个开关K1和激光器L1串联的模型，开关K1导通时，激光器L1发光，开关K1断开时，激光器L1停止发光。激光器L1发光的脉冲宽度由开关K1的导通时间决定，比如开关导通时间越长，脉宽越宽。激光器发光能量由开关的导通电阻和激光器本身的特性决定。当开关短路时，激光器将持续发光，将会带来人眼安全风险。

为了降低激光器高边驱动电路中开关短路带来的人眼安全风险，最简单的方式是将高边驱动开关拆分成两个开关串联的形式，如图2所示。只有两个开关(K1和K2)同时开启时，激光器L1才能发光。因此，单个开关短路不会带来人眼安全风险，两个开关同时短路属于双点失效，概率通常极低。

但是，在一些应用中，比如应用直接飞行时间法(dTof)测距的激光雷达中，要求激光器的发光能量和能量效率越高越好。假如开关的大小固定，两个开关串联相比于单个开关的导通电阻增加一倍，导致激光器的发光能量和能量效率显著下降，不能满足激光雷达的应用需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是在保证激光雷达工作效率的基础上降低激光器发光带来的人眼安全风险。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种用于激光雷达的驱动电路，所述驱动电路包括：开关控制单元，用于选择性地控制所述光发射装置发光和停止发光；第一监控单元，用于监测所述光发射装置的发光能量；第二监控单元，用于监测所述光发射装置的发光时间；安全控制单元，用于在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，通过所述开关控制单元控制所述光发射装置停止发光。

可选的，所述第二监控单元监测所述光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。

可选的，所述驱动电路还包括：第一电阻，所述第一电阻与所述光发射装置相并联，所述第一电阻用于对所述光发射装置进行放电。

可选的，所述驱动电路还包括：逻辑控制单元，用于在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，输出第一控制信号至所述安全控制单元，所述安全控制单元基于所述第一控制信号控制所述光发射装置停止发光。

可选的，所述第二监控单元包括：第一比较子单元，用于根据所述光发射装置的电压与第一参考电压的比较结果输出第一电压，所述第一电压反映所述光发射装置的发光时间。

可选的，所述第一比较子单元包括：第一分压子单元，用于对所述光发射装置的电压进行分压；第一比较器，所述第一比较器的正向输入端耦接所述分压子单元的输出端所述第一比较器的负向输入端接入所述第一参考电压，所述第一比较器的输出端输出所述第一电压。

可选的，所述第二监控单元在监测到所述发光时间达到第二阈值时输出监测信号，所述第二监控单元还包括：第二比较子单元，用于根据所述第一电压与第二参考电压的比较结果输出所述监测信号。

可选的，所述第二比较子单元包括：第一储能子单元，用于根据所述第一电压进行充电或放电；第一控制子单元，当所述第一储能子单元的电压大于所述第二参考电压时，所述第一控制子单元输出所述监测信号。

可选的，所述第二监控单元还包括：第一滤波子单元，耦接所述第一分压子单元的输出端，用于对分压后的电压进行滤波。

可选的，所述第一控制子单元包括：反相器，所述反相器的输入端耦接所述第一比较子单元的输出端；第一MOS管，所述第一MOS管的栅极耦接所述反相器的输出端，所述第一MOS管的源极接地，所述第一MOS管的漏极耦接所述第一储能子单元的第二端；第二MOS管，所述第二MOS管的栅极耦接所述反相器的输出端，所述第二MOS管的源极所述第一储能子单元的第二端；可调电流源，所述可调电流源的第一端接入电源电压，所述可调电流源的第二端耦接所述第二MOS管的漏极；第二比较器，所述第二比较器的正向输入端耦接所述第二MOS管的源极，所述第二比较器的负向输入端耦接第二参考电压，所述第二比较器的输出端输出所述监测信号。

可选的，所述开关控制单元包括：第二储能单元，所述第二储能单元的第一端接入电源电压，所述第二储能单元的第二端接地；第一开关单元，所述第一开关单元的第一端耦接第二储能单元的第一端，所述第一开关单元的第二端耦接光发射装置，所述第一开关单元用于选择性地利用所述第二储能单元驱动所述光发射装置发光；第二开关单元，所述第二开关单元用于选择性地对所述第二储能单元进行放电。

可选的，所述第一监控单元监测所述第二储能单元的第一端的电压是否达到第二阈值。

可选的，所述开关控制单元还包括：第三开关单元，所述第三开关单元的第一端接入所述电源电压，所述第三开关单元的第二端耦接所述第二储能单元的第一端，以及所述第一开关单元的第一端，所述第一开关单元的第二端耦接所述光发射装置的阳极。

可选的，所述第二开关单元包括：第三MOS管，所述第三MOS管的栅极耦接所述安全控制单元的输出端，所述第三MOS管的漏极接入电源电压，所述第三MOS管的源极接地。

可选的，所述第二开关单元包括：第四MOS管，所述第四MOS管的栅极接入第一控制信号，所述第四MOS管的源极接入第一电压；第五MOS管，所述第五MOS管的栅极接入第二控制信号，所述第五MOS管的源极接地，所述第五MOS管的漏极耦接所述第四MOS管的漏极；第六MOS管，所述第六MOS管的栅极接入所述第二控制信号，所述第六MOS管的源极接入第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；第三MOS管，所述第三MOS管的栅极耦接所述第六MOS管的漏极以及所述第四MOS管的漏极，所述第三MOS管的漏极接入电源电压，所述第三MOS管的漏极接地。

可选的，所述第二开关单元还包括：第一驱动器，所述第一驱动器的输入端输入第三控制信号，所述第一驱动器的输出端输出所述第一控制信号；第二驱动器，所述第二驱动器的输入端耦接所述安全控制单元的输出端，所述第二驱动器的输出端输出所述第二控制信号。

可选的，所述第二开关单元还包括：电平移位器，所述电平移位器的输入端耦接所述安全控制单元的输出端，所述电平移位器的输出端输出所述第三控制信号。

可选的，所述开关控制单元包括第二储能单元，所述第二储能单元用于向所述光发射装置输入电荷来控制所述光发射装置发光，所述第一监控单元监测所述第二储能单元的电压变化量。

可选的，所述第一监控单元包括：第二分压子单元，用于对所述电源电压进行分压，以输出分压信号；数模转换器，所述数模转换器用于提供参考电压；第三比较器，所述第三比较器的负向输入端接入所述分压信号，所述第三比较器的正向输入端耦接所述数模转换器的输出端。

可选的，所述第一监控单元包括：第二滤波子单元，耦接所述第二分压子单元的输出端，用于对所述分压信号进行滤波。

第二方面，本发明实施例还公开了一种用于激光雷达的驱动方法，所述激光雷达包括光发射装置，所述驱动方法包括：监测所述光发射装置的发光能量，和/或监测所述光发射装置的发光时间；在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，控制所述光发射装置停止发光。

可选的，所述监测所述光发射装置的发光时间包括：监测所述光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。

第三方面，本发明实施例还公开了一种激光雷达，激光雷达包括光发射装置，所述激光雷达还包括所述驱动电路。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案中，用于激光雷达的驱动电路设置有第一监控单元和第二监控单元，第一监控单元用于监测所述光发射装置的发光能量，第二监控单元则用于监测光发射装置的发光时间；在发光能量达到第一阈值和/或发光时间达到第二阈值时，安全控制单元控制光发射装置停止发光。本发明实施例通过分别监控高边驱动的光发射装置的发光能量和发光时间，并在两者中任一个达到对应的触发阈值时，即控制激光器停止发光，能够最大程度地降低激光器发光带来的人眼安全风险。此外，本发明技术方案不会增加导通功耗，保证了激光雷达中光发射装置的发光能量和能量效率。

进一步地，第二监控单元监测光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。由于光发射装置在其电压达到发光电压阈值时才会发光，本发明技术方案中，第二监控单元监测通过监测光发射装置的电压与发光电压阈值，可以实现对光发射装置的发光时间的监测。此外，在开关控制单元出现向光发射装置缓慢漏电的情况时，第二监控单元也能够检测出异常，避免光发射装置持续发光，保证光发射装置的发光安全性。

附图说明

图1是现有技术中一种激光器高边驱动电路的结构示意图；

图2是现有技术中另一种激光器高边驱动电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用于激光雷达的驱动电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种开关驱动信号、电压以及激光脉冲信号的时序图；

图5是本发明实施例提供的另一种用于激光雷达的驱动电路的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种第一监控单元的具体结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种第二监控单元的具体结构示意图；

图8是本发明实施例提供的第二监控单元中各个信号的时序图；

图9是本发明实施例提供的一种第二开关单元的具体结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种用于激光雷达的驱动方法的流程图。

具体实施方式

如背景技术中所述，在一些应用中，比如应用直接飞行时间法(dTof)测距的激光雷达中，要求激光器的发光能量和能量效率越高越好。假如开关的大小固定，两个开关串联相比于单个开关的导通电阻增加一倍，导致激光器的发光能量和能量效率显著下降，不能满足激光雷达的应用需求。

本发明技术方案的驱动电路包括开关控制单元，用于选择性地控制所述光发射装置发光和停止发光；第一监控单元，用于监测所述光发射装置的发光能量；第二监控单元，用于监测所述光发射装置的发光时间；安全控制单元，用于在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，通过所述开关控制单元控制所述光发射装置停止发光。本发明技术方案中，用于激光雷达的驱动电路设置有第一监控单元和第二监控单元，第一监控单元用于监测所述光发射装置的发光能量，第二监控单元则用于监测光发射装置的发光时间；在发光能量达到第一阈值和/或发光时间达到第二阈值时，安全控制单元控制光发射装置停止发光。本发明实施例通过分别监控发光能量和发光时间，并在两者中任一个达到对应的触发阈值时，即控制激光器停止发光，能够最大程度地降低激光器发光带来的人眼安全风险。此外，本发明技术方案不会增加导通功耗，保证了激光雷达的发光能量和能量效率。

进一步地，第二监控单元监测光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。由于光发射装置在其电压达到发光电压阈值时才会发光，本发明技术方案中，第二监控单元监测通过监测光发射装置的电压与发光电压阈值，可以实现对光发射装置的发光时间的监测。此外，在开关控制单元向光发射装置漏电较慢的情况下，第二监控单元也能够检测出异常，避免光发射装置持续发光，保证光发射装置的发光安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3是本发明实施例一种用于激光雷达的驱动电路的结构示意图。

图3中光发射装置L1可以发光，光发射装置L1具体可以是激光器，例如可以是垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)，也可以是其他任意可实施类型的光发射装置。图3中示出的光发射装置L1为一个，而在实际的应用中光发射装置L1的数量可以是多个，本发明实施例对此不作限制。

本实施例中的驱动电路也可以称为高边驱动电路，可以驱动激光器发光。

本实施例中，开关控制单元能够选择性地控制光发射装置L1发光和停止发光。具体实施中，开关控制单元可以包括第一开关单元，第二储能单元以及第二开关单元。第一开关单元和第二开关单元可以是单刀单掷开关，如图3中S1和S2所示，第二储能单元可以是电容C1。

光发射装置L1正常工作时，驱动第一开关单元S1导通，第二开关单元S2关断。具体地，电源VDD先为电容C1充电，之后第一开关单元S1导通，电容C1放电驱动光发射装置L1发光。光发射装置L1发光的能量主要来自于电容C1上存储的电荷，电容C1节点vdd上的电压变化(即电容C1的储能电压与发光后电容C1的电压之间的电压变化)即可反映光发射装置L1的发光能量。

因此，第一监控单元301可以通过监测电容C1节点vdd上的电压变化来监测光发射装置L1的发光能量。通常情况下电容C1充满电，检测节点vdd电压变化实际是检测电容C1满电时电压(即光发射装置L1发光前电压)与光发射装置L1发光后电压的差值，由于电容C1满电时电压固定，因此节点vdd电压变化可以是检测光发射装置L1发光后电容C1的电压。

当节点vdd的电压高于设定的安全阈值时，表示发光能量达到第一阈值时，此时进入人眼安全保护状态，安全控制单元303通过开关控制单元控制光发射装置L1停止发光。具体地，安全控制单元303驱动第一开关单元S1断开，第二开关单元S2开启将电容C1接地GND1，以使电容C1放电，降低节点vdd的电压，也即降低光发射装置L1的发光能量，以控制光发射装置L1停止发光。这种情况下，即使第一开关单元S1短路，光发射装置L1也不会持续发光，降低了激光器发光带来的人眼安全风险。

但是，当第一开关单元S1漏电(即开关仅烧穿一点，短路情况不严重)，对电容C1充电时，也会通过第一开关单元S1向光发射装置L1漏电，光发射装置L1以较小的光强持续发光。这是因为电源VDD的电压值很高(例如30V)，漏电后电容C1充放电的平衡电压可能会大于光发射装置L1的发光电压阈值。此时电容C1上的充电电流和放电电流会达到平衡，节点vdd电压变化极小，第一监控单元301可能监测不到发光能量达到第一阈值，但光发射装置L1持续发光，仍然会有人眼安全的风险。

为了避免上述情况的发生，本发明实施例的驱动电路还设置了第二监控单元302，第二监控单元302能够监测光发射装置L1的发光时间。光发射装置L1的发光时间达到第二阈值时，安全控制单元303也能够通过开关控制单元控制光发射装置L1停止发光。

在一个具体实施例中，第二监控单元302监测光发射装置L1的电压是否达到光发射装置L1的发光电压阈值。优选地，第二监控单元302监测光发射装置L1的阳极电压是否达到发光电压阈值。

具体而言，光发射装置L1的发光原理决定了光发射装置L1在发光时，阳极Lda的电压需要大于其发光电压阈值，例如3层结VCSEL激光器的发光电压阈值为5V左右。因此，第二监控单元302通过监控阳极Lda的电压可以直接和准确判断光发射装置L1的发光时间。换言之，阳极Lda的电压达到发光电压阈值的持续时长即为光发射装置L1的发光时间。

一并参照图4，第一开关单元S1的开关驱动信号为方波信号，开关驱动信号为高电平时，第一开关单元S1开启，光发射装置L1的阳极Lda的电压逐渐升高，达到发光电压阈值时，光发射装置L1发光。第一开关单元S1关断后，阳极Lda的电压逐渐降低，达到发光电压阈值以下时，光发射装置L1停止发光。激光脉冲的脉冲宽度可以表示光发射装置L1的发光时间。

光发射装置L1正常工作时，电容C1先充电，然后第一开关单元S1导通，电容C1放电以驱动光发射装置L1发光。当第一监控单元301监测到光发射装置L1的发光能量达到第一阈值，和/或第二监控单元302检测到发光时间达到第二阈值时，安全控制单元303控制光发射装置L1停止发光。由于采用监测发光能量和发光时间相结合的方式，在开关控制单元向光发射装置漏电较慢，发光能量未达到第一阈值，但光发射装置持续发光的情况下，第二监控单元也能够通过监测发光时间检测出异常，保证了监测的可靠性。

本实施例中，安全控制单元303控制光发射装置L1停止发光是指：安全控制单元303控制第一开关单元S1关断，控制第二开关单元S2开启，电容C1接地并放电，光发射装置L1停止发光。相应地，安全控制单元303控制光发射装置L1发光是指：电容C1充电，安全控制单元303控制第一开关单元S1开启，控制第二开关单元S2关断，电容C1与光发射装置L1相连通并放电，驱动光发射装置L1发光。

其中，在保证光发射装置L1的阳极Lda的电压放电到发光电压阈值以下时，满足需求的电容C1的电容值越小越好，因为电容值越小，电容C1的放电速度越快，光发射装置L1的发光时间相对越短。也就是说，光发射装置L1的发光时间是由电容C1的放电速度(也即电容C1的电容值)决定的。

可以理解的是，第一阈值和第二阈值的具体数值可以根据实际的应用场景进行设置，本发明实施例对此不作限制。

在一个非限制性的实施例中，由于光发射装置L1和第一开关单元S1存在寄生电容，阳极Lda通常会有较大的寄生电容，在光发射装置L1停止发光后会经过很长的时间才会缓慢放电到0。一并参照图5，本发明实施例设置第一电阻R1，能够使得阳极Lda快速放电，从而正确反映光发射装置L1的发光时间。

具体地，第一电阻R1的第一端耦接光发射装置L1的阳极和第二监控单元302的输入端，第一电阻R1的第二端接地。

需要说明的是，第一电阻R1也可以替换为开关器件，在发光能量达到第一阈值，和/或光发射装置L1的发光时间达到第二阈值时，安全控制单元303控制该开关器件开启，以实现对阳极Lda的快速放电。

在一个非限制性的实施例中，继续参照图5，驱动电路还可以包括逻辑控制单元304。逻辑控制单元304用于在发光能量达到第一阈值，和/或光发射装置L1的发光时间达到第二阈值时，输出第一控制信号至安全控制单元303，安全控制单元303基于所述第一控制信号控制光发射装置L1停止发光。

具体实施中，逻辑控制单元304可以是或门OR。当第一监控单元301监测到光发射装置L1的发光能量达到第一阈值时，第一监控单元301输出高电平信号；第二监控单元302检测到发光时间达到第二阈值时，第二监控单元302输出高电平信号。

第一监控单元301监测到光发射装置L1的发光能量达到第一阈值和/或第二监控单元302检测到发光时间达到第二阈值时，表示第一监控单元301与第二监控单元302其中一个输出高电平1时，或门输出第一控制信号。第一控制信号可以是高电平1。响应于第一控制信号，安全控制单元303控制光发射装置L1停止发光。

在一个具体实施例中，开关控制单元包括第一开关单元S1、第二开关单元S2、第三开关单元S3和电容C1。第三开关单元S3能够控制对电容C1充电，具体地，第三开关单元S3开启时，电源VDD对电容C1充电，第三开关单元S3关断时，电源VDD停止对电容C1充电。

本实施例中，安全控制单元303控制光发射装置L1停止发光是指：安全控制单元303控制第三开关单元S3关断，控制第一开关单元S1关断，控制第二开关单元S2开启，电容C1接地并放电，光发射装置L1停止发光。相应地，安全控制单元303控制光发射装置L1发光是指：安全控制单元303控制第三开关单元S3开启，电容C1充电；控制第一开关单元S1开启，控制第二开关单元S2关断，电容C1与光发射装置L1相连通并放电，驱动光发射装置L1发光。

在本发明一个非限制性的实施例中，第一监控单元301的输入端接入电源电压，具体可以是直接接入电源电压，也可以是通过第三开关单元S3(如图5所示)接入电源电压。

假设第一监控单元301的输入端接入的电压为vdd。由于光发射装置L1的驱动电压通常较大，例如通常为30-40V，而比较器的耐压通常为5V，因此需要对vdd进行分压。第一监控单元301设置第二分压子单元用于对第一监控单元301的输入端接入的电压vdd进行分压。

具体实施中，一并参照图6，第二分压子单元可以包括电容C2和电容C4，其中，电容C4的第一端接入电压vdd，电容C4的第二端耦接电容C2的第一端，电容C2的第二端接地，电容C4的第二端和电容C2的第一端输出分压信号。电阻R3用于提供直流偏置，电压VREF为偏置电压，同时也是数模转换器DAC的参考电压。VREF作为偏置电压，用于将输入信号偏移到数模转换器DAC的输入范围。

需要说明的是，第二分压单元也可以采用电阻分压，也即电容C2和电容C4可以分别替换为两个电阻，此处不再赘述。

本实施例中，第一监控单元301还包括数模转换器DAC和第三比较器CMP。数模转换器DAC输出的参考电压为0-VREF中的任一值，VREF为偏置电压。数模转换器DAC输出的参考电压作为第一阈值，可以适应性调节设置。第三比较器CMP的负向输入端接入分压信号，第三比较器CMP的正向输入端耦接数模转换器DAC的输出端。当第三比较器CMP输出高电平，则表示第一监控单元301检测到节点vdd的电压变化超过设定阈值，此时安全控制单元303控制光发射装置L1停止发光。

进一步地，第一监控单元301还可以包括第二滤波子单元，用于对分压信号进行滤波。继续参照图6，第二滤波子单元包括电阻R2和电容C3。第二滤波子单元能够滤除分压信号上的毛刺和高频噪声，并输入到第三比较器CMP的负向输入端。其中，第一监控单元301监控节点vdd的目的是为了获取光发射装置L1的发光能量，因此分压信号经过低通滤波能够使信号传输速度更快。

在本发明一个非限制性的实施例中，第二监控单元302可以包括：第一比较子单元，用于根据光发射装置L1的电压与第一参考电压的比较结果输出第一电压，第一电压反映光发射装置L1的发光时间。由此，根据第一比较子单元输出的第一电压可以输出监测信号，安全控制单元303能够响应于监测信号控制光发射装置L1停止发光。

进一步地，请参照图7，第一比较子单元包括第一分压子单元和第一比较器CMP1。第一分压子单元包括电阻R4和电阻R5，电阻R5的第一端接地，电阻R5的第二端耦接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端耦接光发射装置L1的阳极lda。电阻R5的第二端和电阻R4的第一端作为第一分压子单元的输出端，输出分压后的电压。

第一比较器CMP1的正向输入端耦接分压子单元的输出端，第一比较器CMP1的负向输入端接入第一参考电压VREF2，第一比较器CMP1的输出端输出第一电压。

进一步地，第二监控单元302还包括第一滤波子单元，第一滤波子单元耦接第一分压子单元的输出端，用于对分压后的电压进行滤波。具体请参照图7，第一滤波子单元包括电阻R5和电容C5。

光发射装置L1的阳极Lda的电压经过电阻R4、R5和C5组成的直流分压和低通滤波电路进入第一比较器CMP1的正向输入端，并与第一参考电压VREF2做比较。第一比较器CMP1输出数字信号的宽度能够表示光发射装置L1的发光脉宽，反映光发射装置L1发光时间长短。

进一步地，第二监控单元302在监测到所述发光时间达到第二阈值时输出监测信号。第二监控单元302还包括第二比较子单元，用于根据第一电压与第二参考电压的比较结果输出监测信号，具体如第一电压大于第二参考电压时输出监测信号，监测信号可以是高电平信号。

在一个具体的实施例中，第二比较子单元包括第一储能子单元和第一控制子单元(也可以称为脉宽比较器)。第一控制子单元用于在第一储能子单元的电压大于第二参考电压时输出监测信号。

具体而言，继续参照图7，第一控制子单元包括反相器INV，第一MOS管M1、第二MOS管M2、可调电流源IDAC和第二比较器CMP2。第一储能子单元包括电容C6。

具体地，可调电流源IDAC控制电容C6的充电速度，即输出电流越大，充电速度越快，使电容C6电压大于第二参考电压VREF3所用的触发时间越短。由此，可以根据可调电流源IDAC的电流大小设置触发时间，该触发时间决定安全控制单元303开启保护机制的速度，从而决定光发射装置L1发光时间的长短。

具体而言，基于第一比较器CMP1和反相器INV的输出信号控制第一MOS管M1和第二MOS管M2其中一个导通，另一个关断。具体地，一并参照图8，当第一比较器CMP1的输出端CMP1_OUT输出高电平时，反相器INV输出低电平时，第二MOS管M2导通，第一MOS管M1关断，电流源IDAC为电容C6充电，第二比较器CMP2正向输入端CMP2+的电压逐渐升高。当第二比较器CMP2正向输入端CMP2+的电压大于第二参考电压VREF3时，第二比较器CMP2的输出端CMP2_OUT输出高电平，第二监控单元302输出监测信号，例如高电平。此时安全控制单元303控制光发射装置L1停止发光。因此，当第一开关单元S1漏电时，光发射装置L1持续发光，相应地第一比较器CMP1和第二比较器CMP2陆续输出高电平，安全控制单元303开启保护机制，控制光发射装置L1停止发光。

继续参照图8，当第一比较器CMP1的输出端CMP1_OUT输出低电平，反相器INV输出高电平时，第一MOS管M1导通，第二MOS管M2关断，电容C6放电。第二比较器CMP2正向输入端CMP2+的电压逐渐降低，当第二比较器CMP2正向输入端CMP2+的电压小于第二参考VREF3时，第二比较器CMP2的输出端CMP2_OUT输出低电平。

在一个非限制性的实施例中，如前所述，一并参照图3，开关控制单元可以包括第一开关单元S1、第二储能单元C1和第二开关单元S2。

在另一个非限制性的实施例中，如前所述，一并参照图5，开关控制单元可以包括第一开关单元S1、第二储能单元C1、第二开关单元S2和第三开关单元S3。

需要说明的是，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元可以是单刀单掷开关，也可以是其他任意可实施的开关器件，例如晶体管PMOS等，第二储能单元也可以是其他任意可实施的储能器件，本发明实施例对此不作限制。

在一个具体实施例中，第二开关单元S2可以包括第三MOS管，第三MOS管的栅极耦接安全控制单元303的输出端，第三MOS管的漏极接入电源VDD，第三MOS管的源极接地。

在另一个具体实施例中，一并参照图9，第二开关单元S2可以包括第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6。其中，第四MOS管M4的栅极接入第一控制信号，第四MOS管的源极接入第一电压HV；第五MOS管M5的栅极接入第二控制信号，第五MOS管M5的源极接地，第五MOS管M5的漏极耦接所述第四MOS管M4的漏极；第六MOS管M6的栅极接入第二控制信号，第六MOS管M6的源极接入第二电压LV，第二电压LV小于第一电压HV。其中，第三MOS管M3导通时，可以实现vdd节点接地，从而实现对vdd节点电压的放电，也即对电容C1的放电，以控制光发射装置L1停止发光。

第一电压HV可以是通过对电源VDD的电压分压得到的。具体可以通过电阻R6和电阻R7分压得到第一电压HV。电源VDD的电压通常较高，例如为30V，通过电阻R6和R7分压到第一电压HV(如8V)，为了实现控制第三MOS管M3快速开启(比如5V导通)，需要通过第一电压HV(栅极电压)驱动实现。

进一步地，第二开关单元S2可以包括第一驱动器902以及第二驱动器903。第一驱动器902的输入端输入第三控制信号，第一驱动器902的输出端输出第一控制信号，以控制第四MOS管M4的导通；第二驱动器903的输入端耦接安全控制单元303的输出端，第二驱动器903的输出端输出第二控制信号，以控制第五MOS管M5的导通。

具体而言，第一驱动器902以及第二驱动器903分别可以包括多个反相器。多个反相器形成驱动，增强驱动能力。安全控制单元303输出端输出信号IN为低电平时，输出信号IN的电压为0V，第五MOS管M5关断，第六MOS管M6导通；第一驱动器902的输入端接入电压为第二电压LV，第四MOS管M4导通，从而驱动第三MOS管M3导通。其中，第六MOS管M6能够使第三MOS管M3的栅极不会被持续施加第一电压HV，使其失效，而是能够实现对第三MOS管M3的栅极施加第一电压HV一段时间后，电压降为第二电压LV。

具体地，在输出信号IN的电压为0V，第五MOS管M5关断，第六MOS管M6导通，第四MOS管M4导通时，由于第一电压HV高于第二电压LV，因此在第一电压HV和第二电压LV之间形成电流通路，所以第三MOS管M3的栅极先从第一电压HV驱动，逐渐通过放电变为第二电压LV驱动。

安全控制单元303输出端输出信号IN为高电平时，输出信号IN的电压为第二电压LV，第五MOS管M5导通，第六MOS管M6关断，第一驱动器902的输入端接入电压为第一电压HV，第四MOS管M4关断，从而驱动第三MOS管M3关断。

在一个具体实施例中，继续参照图9，第二开关单元还包括电平移位器901。电平移位器901具体可以采用电流镜电路，实现电平移位，也即可以将范围为0-LV的输出信号IN转换为范围为LV-HV的第三控制信号，以输出至第一驱动器902，驱动第四MOS管M4的导通和关断。

具体地，安全控制单元303输出端输出信号IN的电压为低电平时，电平移位器901输出电压为第二电压LV。安全控制单元303输出端输出信号IN的电压为高电平时，电平移位器901输出电压为第一电压HV。

本实施例中第二开关单元S2的结构，能够提升第三MOS管的电流能力从而提升电容C1的放电速度，从而缩短触发人眼安全保护机制直到光发射装置停止发光的时间，进一步降低激光器发光带来的人眼安全风险。

请参照图10，本发明实施例还公开了一种用于激光雷达的驱动方法。所述驱动方法具体可以包括以下步骤：

步骤1001：监测所述光发射装置的发光能量，和/或监测所述光发射装置的发光时间；

步骤1002：在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，控制所述光发射装置停止发光。

可以理解的是，在具体实施中，所述驱动方法可以采用软件程序的方式实现，该软件程序运行于芯片或芯片模组内部集成的处理器中。该方法也可以采用软件结合硬件的方式实现，本申请不作限制。

在步骤1001的具体实施中，可以监测所述光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。

本发明实施例还公开了一种激光雷达，激光雷达包括至少一个光发射装置。激光雷达通过多个光发射装置发射探测光束。激光雷达还包括前述任一实施例所述的驱动电路。激光雷达通过所述驱动电路可以控制光发射装置发光或停止发光。

进一步地，激光雷达还包括多个光接收装置；多个光接收装置用于接收所述探测光束被障碍物反射的回波光束，所述多个光接收装置与所述多个光发射装置分别对应设置。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/“，表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。

本申请实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。

本申请实施例中出现的“连接”是指直接连接或者间接连接等各种连接方式，以实现设备间的通信，本申请实施例对此不做任何限定。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的；例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。

虽然本发明披露如上，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 (23)

1.一种用于激光雷达的驱动电路，其特征在于，所述激光雷达包括光发射装置，所述驱动电路包括：

开关控制单元，用于选择性地控制所述光发射装置发光和停止发光；

第一监控单元，用于监测所述光发射装置的发光能量；

第二监控单元，用于监测所述光发射装置的发光时间；

安全控制单元，用于在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，通过所述开关控制单元控制所述光发射装置停止发光。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第二监控单元监测所述光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：

第一电阻，所述第一电阻与所述光发射装置相并联，所述第一电阻用于对所述光发射装置进行放电。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：

逻辑控制单元，用于在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，输出第一控制信号至所述安全控制单元，所述安全控制单元基于所述第一控制信号控制所述光发射装置停止发光。

5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第二监控单元包括：第一比较子单元，用于根据所述光发射装置的电压与第一参考电压的比较结果输出第一电压，所述第一电压反映所述光发射装置的发光时间。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述第一比较子单元包括：第一分压子单元，用于对所述光发射装置的电压进行分压；

第一比较器，所述第一比较器的正向输入端耦接所述分压子单元的输出端所述第一比较器的负向输入端接入所述第一参考电压，所述第一比较器的输出端输出所述第一电压。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述第一比较子单元还包括：

第一滤波子单元，耦接所述第一分压子单元的输出端，用于对分压后的电压进行滤波。

8.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述第二监控单元在监测到所述发光时间达到第二阈值时输出监测信号，所述第二监控单元还包括：第二比较子单元，用于根据所述第一电压与第二参考电压的比较结果输出所述监测信号。

9.根据权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所述第二比较子单元包括：第一储能子单元，用于根据所述第一电压进行充电或放电；

第一控制子单元，当所述第一储能子单元的电压大于所述第二参考电压时，所述第一控制子单元输出所述监测信号。

10.根据权利要求9所述的驱动电路，其特征在于，所述第一控制子单元包括：反相器，所述反相器的输入端耦接所述第一比较子单元的输出端；

第一MOS管，所述第一MOS管的栅极耦接所述反相器的输出端，所述第一MOS管的源极接地，所述第一MOS管的漏极耦接所述第一储能子单元的第二端；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极耦接所述反相器的输出端，所述第二MOS管的源极所述第一储能子单元的第二端；

可调电流源，所述可调电流源的第一端接入电源电压，所述可调电流源的第二端耦接所述第二MOS管的漏极；

第二比较器，所述第二比较器的正向输入端耦接所述第二MOS管的源极，所述第二比较器的负向输入端耦接第二参考电压，所述第二比较器的输出端输出所述监测信号。

11.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述开关控制单元包括第二储能单元，所述第二储能单元用于向所述光发射装置输入电荷来控制所述光发射装置发光，所述第一监控单元监测所述第二储能单元的电压变化量。

12.根据权利要求11所述的驱动电路，其特征在于，所述开关控制单元包括：所述第二储能单元，所述第二储能单元的第一端接入电源电压，所述第二储能单元的第二端接地；

第一开关单元，所述第一开关单元的第一端耦接第二储能单元的第一端，所述第一开关单元的第二端耦接光发射装置，所述第一开关单元用于选择性地利用所述第二储能单元驱动所述光发射装置发光；

第二开关单元，所述第二开关单元用于选择性地对所述第二储能单元进行放电。

13.根据权利要求12所述的驱动电路，其特征在于，所述第一监控单元监测所述第二储能单元的第一端的电压是否达到第二阈值。

14.根据权利要求12所述的驱动电路，其特征在于，所述开关控制单元还包括：第三开关单元，所述第三开关单元的第一端接入所述电源电压，所述第三开关单元的第二端耦接所述第二储能单元的第一端，以及所述第一开关单元的第一端，所述第一开关单元的第二端耦接所述光发射装置的阳极。

15.根据权利要求12所述的驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元包括：第三MOS管，所述第三MOS管的栅极耦接所述安全控制单元的输出端，所述第三MOS管的漏极接入电源电压，所述第三MOS管的源极接地。

16.根据权利要求12所述的驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元包括：第四MOS管，所述第四MOS管的栅极接入第一控制信号，所述第四MOS管的源极接入第一电压；

第五MOS管，所述第五MOS管的栅极接入第二控制信号，所述第五MOS管的源极接地，所述第五MOS管的漏极耦接所述第四MOS管的漏极；

第六MOS管，所述第六MOS管的栅极接入所述第二控制信号，所述第六MOS管的源极接入第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；

第三MOS管，所述第三MOS管的栅极耦接所述第六MOS管的漏极以及所述第四MOS管的漏极，所述第三MOS管的漏极接入电源电压，所述第三MOS管的漏极接地。

17.根据权利要求16所述的驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元还包括：

第一驱动器，所述第一驱动器的输入端输入第三控制信号，所述第一驱动器的输出端输出所述第一控制信号；

第二驱动器，所述第二驱动器的输入端耦接所述安全控制单元的输出端，所述第二驱动器的输出端输出所述第二控制信号。

18.根据权利要求17所述的驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元还包括：电平移位器，所述电平移位器的输入端耦接所述安全控制单元的输出端，所述电平移位器的输出端输出所述第三控制信号。

19.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第一监控单元包括：第二分压子单元，用于对电源电压进行分压，以输出分压信号；

数模转换器，所述数模转换器用于提供参考电压；

第三比较器，所述第三比较器的负向输入端接入所述分压信号，所述第三比较器的正向输入端耦接所述数模转换器的输出端。

20.根据权利要求19所述的驱动电路，其特征在于，所述第一监控单元包括：第二滤波子单元，耦接所述第二分压子单元的输出端，用于对所述分压信号进行滤波。

21.一种用于激光雷达的驱动方法，其特征在于，所述激光雷达包括光发射装置，所述驱动方法包括：

监测所述光发射装置的发光能量，和/或监测所述光发射装置的发光时间；在所述发光能量达到第一阈值，和/或所述发光时间达到第二阈值时，控制所述光发射装置停止发光。

22.根据权利要求21所述的驱动方法，其特征在于，所述监测所述光发射装置的发光时间包括：

监测所述光发射装置的电压是否达到所述光发射装置的发光电压阈值。

23.一种激光雷达，其特征在于，包括光发射装置，所述激光雷达还包括权利要求1至20中任一项所述驱动电路。