CN118198852A - 激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达 - Google Patents

激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达，该激光器驱动电路用于驱动多个激光器发射探测光信号，包括：多个阳极驱动，以及多个阴极驱动；每个阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个激光器，共用同一条阳极总线的至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；阳极驱动用于控制与其连接的阳极总线的断开与导通，当任一阳极驱动被选通时，控制与其连接的阳极总线导通；每个阴极驱动连接一条阴极总线；阴极驱动用于控制与其连接的阴极总线的断开与导通，当任一阴极驱动被选通时，控制与其连接的阴极总线导通。本发明方案可有效减少多线激光雷达所需阳极驱动的数量，降低整机成本。

Description

激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达。
背景技术
激光雷达是主动探测的传感器，它先向目标场景发射探测信号，探测信号在物体表面发生漫反射产生回波信号，回波信号反射回被激光雷达接收。激光雷达将其接收到的回波信号与探测信号相比较，从而获得目标的位置、运动状态等信息，实现对目标的探测、跟踪、定位、识别等目的。采用垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emittinglaser，VCSEL)的多线激光雷达，发射端中的每一线采用一个独立封装的VCSEL芯片，受限于VCSEL芯片的最小尺寸和贴片最小间距，多线激光器相互之间的间距难以缩短，发射端尺寸较大。同时随着激光雷达线数的增加，贴片数随之增加，封装成本也相应提高。
为了降低发射端尺寸和成本，现有技术中一种改进方式是将多个激光器集成在同一个芯片上，如图1所示。在一个裸片上制备多线光源的激光器发光区域，多个激光器共阴极，即多个激光器的阴极互连，不同的激光器阳极相互隔离，即每一个激光器具有一个单独的专用的阳极驱动，通过阳极驱动来选通某一个的激光器发光。随着激光雷达线束的增加，激光器的数量增多，所有激光器共阴极的方案中所需要的阳极驱动通道数量也随之增加。如果采用电路设计阳极驱动，则会导致驱动电路异常复杂，增加设计难度和成本。因此采用驱动芯片是降低成本和大规模量产的重要手段。但是单个驱动芯片的驱动引脚数量有限，因此多线激光雷达如果需要数量较多的阳极驱动，则意味着需要多个驱动芯片。例如，单个驱动芯片的驱动引脚为16个，则一个64线的激光雷达需要使用4个驱动芯片才能实现所有激光器的一一选通驱动，每增加一个驱动芯片，都将导致整机成本大幅提升，这对于大规模量产激光雷达而言是不可接受的。因此如何降低多线激光雷达对驱动芯片的需求是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达，可有效减少多线激光雷达所需阳极驱动数量，降低整机成本。
为此，本发明实施例提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种激光器驱动电路，用于驱动多个激光器发射探测光信号，所述电路包括：多个阳极驱动、以及多个阴极驱动；
每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；所述阳极驱动用于控制与其连接的所述阳极总线的断开与导通，当任一所述阳极驱动被选通时，控制与其连接的所述阳极总线导通；
每个所述阴极驱动连接一条阴极总线；所述阴极驱动用于控制与其连接的所述阴极总线的断开与导通，当任一阴极驱动被选通时，控制与其连接的所述阴极总线导通。
可选地，所述阳极驱动和所述阴极驱动分别由相应的触发信号选通；当连接同一个激光器的阳极驱动和阴极驱动同时被选通时，所述激光器发射探测光信号。
可选地，所述触发信号通过轮询方式依次选通所述阳极驱动和所述阴极驱动，每次触发使一个或多个激光器发射探测光信号。
可选地，所述轮询方式为：顺序轮询、或者随机轮询。
可选地，所述阴极驱动为MOS管、或者三极管。
可选地，每条所述阴极总线上连接有接地电容，所述接地电容的数量为一个或多个；所述接地电容适于降低流过对应阴极驱动的瞬态电流。
可选地，当所述激光器发射所述探测光信号时，与其连接的所述接地电容被充电；当所述阴极驱动被选通时，与其连接的所述接地电容被放电。
可选地，所述激光器在其工作时间内连续多次发射所述探测光信号；所述阴极驱动在所述激光器发射多次所述探测光信号的间隙时间内被触发选通。
可选地，多个所述接地电容分别布设在一个或多个所述激光器的相邻位置。
可选地，所述接地电容的数量与所述激光器的数量相同，并且每个所述接地电容分布在一个所述激光器的相邻位置。
可选地，不同阳极驱动连接的激光器呈一列或多列排布。
另一方面，本发明实施例还提供一种激光器驱动方法，用于驱动多个激光器发射探测光信号，所述方法包括：
选通一个或多个阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通；
选通一个或多个阴极驱动，使与所述阴极驱动连接的阴极总线导通；
驱动同时与导通的阳极总线和导通的阴极总线相连接的所述激光器发射探测光信号；
其中，每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；每条阴极总线连接一个阴极驱动。
另一方面，本发明实施例还提供一种激光器驱动方法，用于驱动多个激光器发射探测光信号，所述方法包括：
选通一个或多个阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通，驱动与导通的阳极总线相连接的第一激光器发射探测光信号；所述第一激光器发射探测光信号过程中，与其连接的阴极总线上的接地电容充电；
所述第一激光器完成一次发光后，选通与第二激光器连接的阴极驱动，使与所述第二激光器连接的阴极总线上的接地电容放电；所述第二激光器为所述第一激光器中的部分或全部激光器；
再次选通所述阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通，驱动所述第二激光器发射探测光信号；
其中，每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；每条阴极总线连接一个阴极驱动，每条所述阴极总线上还连接有接地电容，所述接地电容的数量为一个或多个。
另一方面，本发明实施例还提供一种芯片，包括前面所述的激光器驱动电路。
另一方面，本发明实施例还提供一种激光雷达，所述激光雷达包括激光器、控制单元、以及前面所述的激光器驱动电路；
所述控制单元包括：与多个阳极驱动电连接的阳极数据选择器、以及与多个阴极驱动电连接的阴极数据选择器；
所述阳极数据选择器用于根据第一触发信号选通阳极驱动；
所述阴极数据选择器用于根据第二触发信号选通阴极驱动。
可选地，所述第一触发信号用于每次选通一个或多个阳极驱动，所述第二触发信号用于每次选通一个或多个阴极驱动。
本发明实施例提供的激光器驱动电路及方法、芯片、激光雷达，至少两个激光器共用同一个阳极驱动，共用同一个阳极驱动的至少两个激光器阴极相互隔离，即共用同一个阳极驱动的至少两个激光器分别连接至不同的阴极驱动，从而实现共用阳极驱动的多个激光器不共用阴极驱动，而共用阴极驱动的多个激光器不共用阳极驱动，进而通过配合选通阳极驱动和阴极驱动来驱动所有激光器彼此相对单独地发光。这种连接方式可以大大降低多线激光雷达所需阳极驱动通道的数量，进而可以减少所需阳极驱动芯片的数量，使整机成本大幅下降，有利于产品的小型化和集成化。
由于共用一个阳极驱动的多个激光器的阴极驱动各自独立，而一个激光器只有与其相连的阳极驱动和阴极驱动同时被选通时才会进入工作状态，发射探测光信号，因此，通过对阴极驱动和阳极驱动的选通，可以方便地实现对每个激光器的单独控制，满足多线激光雷达各种不同工作方式的需求，比如一次触发使一个或多个激光器发射探测光信号。
进一步地，通过在阴极总线上连接接地电容，在激光器导通发光时关闭阴极驱动开关，使激光器发光过程中产生的较大的瞬态电流流向接地电容，在激光器发光结束后，再选通阴极驱动开关，使电容中存储的电能在较长的时间内缓慢流过阴极驱动开关，从而大幅度降低流过对应阴极驱动的瞬态电流，进而降低对阴极驱动能力的要求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术中的一种多线激光器驱动方式示意图；
图2是本发明实施例提供的激光器驱动电路的一种结构示意图；
图3是本发明实施例提供的激光器驱动电路的另一种结构示意图；
图4是本发明实施例提供的激光器驱动电路的另一种结构示意图；
图5是一个激光器连续多次发射及对应的探测器在探测时间窗内测量结果的直方图；
图6是本发明实施例提供的激光器驱动电路的另一种结构示意图；
图7是图6所示实施例的一种具体结构示意图；
图8是图6所示实施例的另一种具体结构示意图；
图9是图6所示实施例的另一种具体结构示意图；
图10是本发明实施例提供的激光器驱动方法的一种流程图；
图11是本发明实施例提供的激光器驱动方法的一种流程图；
图12是本发明实施例提供的激光雷达的一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
针对现有技术中多线激光雷达由于每一个激光器都需要一个单独的阳极驱动，因而需要使用多个驱动芯片，不利于多线激光雷达整机的集成化、小型化，以及成本控制的问题，本发明实施例提供一种激光器驱动电路、芯片、激光雷达，在激光器驱动电路中，每个阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个激光器，共用同一条阳极总线的激光器分别连接至不同的阴极总线，每条阴极总线连接一个阴极驱动，能够有效降低多线激光雷达所需阳极驱动通道的数量，进而大幅降低所需驱动芯片的数量以及多线激光雷达的整机成本。
如图2所示，是本发明实施例提供的激光器驱动电路的一种结构示意图。
本发明实施例提供的激光器驱动电路用于驱动多个激光器发射探测光信号，该电路包括：多个阳极驱动、以及多个阴极驱动。每个阳极驱动连接一条阳极总线，每个阴极驱动连接一条阴极总线。
其中，所述阳极驱动用于控制与其连接的阳极总线的断开与导通，当任一阳极驱动被选通时，控制与其连接的阳极总线导通。
其中，所述阴极驱动用于控制与其连接的阴极总线的断开与导通，当任一阴极驱动被选通时，控制与其连接的阴极总线导通。
本发明实施例的激光器驱动电路中，至少两个激光器共用同一个阳极驱动，共用同一个阳极驱动的至少两个激光器阴极相互隔离，即共用同一个阳极驱动的至少两个激光器分别连接至不同的阴极驱动，从而实现共用阳极驱动的多个激光器不共用阴极驱动，而共用阴极驱动的多个激光器不共用阳极驱动，进而通过配合选通阳极驱动和阴极驱动来驱动所有激光器彼此相对单独地发光。本发明的实施例，由于多个激光器共用一个阳极驱动，可以大大降低多线激光雷达所需阳极驱动的数量。
图2所示实施例示出了基于上述设计思路，对应n个激光器的驱动电路的一种示例。
在该实施例中，参照图2，可以设置n/2个阳极驱动，2个阴极驱动。其中，每个阳极驱动连接一条阳极总线，如图2中的阳极驱动A1连接阳极总线A01，阳极驱动A2连接阳极总线A02，……，阳极驱动An/2连接阳极总线A0n/2。每个阴极驱动连接一条阴极总线，如图2中的阴极驱动B1连接阴极总线B01，每条阳极总线连接两个激光器，共用一条阳极总线的两个激光器分别连接至不同的阴极总线。如图2中的激光器1和激光器2均连接至阳极总线A01，即激光器1和激光器2共用同一条阳极总线A01，激光器1和激光器2分别连接至不同的阴极总线，即激光器1连接至阴极总线B01，激光器2连接至阴极总线B02；相应地，激光器3和激光器4连接至阳极总线A02，激光器3连接至阴极总线B01，激光器4连接至阴极总线B02，以此类推，可将多个激光器分别连接至对应的阳极驱动和阴极驱动。
在这种连接方式中，需要的阳极驱动数量为n/2，需要的阴极驱动的数量为2。也就是说，通过设置2条阴极总线，将共用同一个阳极驱动的2个激光器分别连接至不同的阴极总线，相对于现有技术需要n个阳极驱动的情况，可以将阳极驱动的数量减少一半，即只需要n/2个阳极驱动即可。
在工作时，每个阳极驱动和每个阴极驱动分别由相应的触发信号选通。当任一阳极驱动被选通时，与其连接的阳极总线进入导通状态；当阳极驱动未被选通时，与其连接的阳极总线进入断开状态，比如阳极驱动A1被选通，与该阳极驱动A1连接的阳极总线A01导通，挂载在该阳极总线A01上的所有激光器的阳极均通过阳极驱动A1与供电电源HV连接，即图2中的激光器1，2的阳极均通过阳极驱动A1与供电电源HV连接。类似地，当阴极驱动被选通时，与其连接的阴极总线进入导通状态；当阴极驱动未被选通时，与其连接的阴极总线进入断开状态，比如当阴极驱动B1被选通时，与该阴极驱动B1连接的阴极总线B01与地连通，挂载在阴极总线B01上的所有激光器的阴极均与地连通，即图2中的激光器1，3，…n-1的阴极均与地连通；当阴极驱动B1未被选通时，与该阴极驱动B1连接的阴极总线B01进入断开状态。当连接同一个激光器的阳极驱动和阴极驱动同时被选通时，该激光器被选中进入工作状态，发射探测光信号。
触发信号可以由相应的控制模块产生，比如，在需要激光器1发射探测光信号时，控制模块向与激光器1相连的阴极驱动B1发送阴极触发信号，选通该阴极驱动B1，与该阴极驱动B1连接的阴极总线B01上的所有激光器的阴极与地连接，如图2中的激光器1，3，…n-1的阴极与地连接；控制模块向与激光器1相连的阳极驱动A1发送阳极触发信号，选通该阳极驱动A1，与该阳极驱动A1连接的阳极总线A01上的所有激光器的阳极与电源连接，如图2中的激光器1，2的阳极通过阳极驱动A1与供电电源HV连接。此时只有激光器1的阳极和阴极同时导通，供电电源HV、激光器1、地构成放电回路，激光器1被驱动发射探测光信号。而其它激光器例如激光器2，3，…n-1，只有阳极导通，或者只有阴极导通，因此只有激光器1被驱动发射探测光信号，此时其它激光器不发射探测光信号，从而能够实现多个激光器彼此相对单独地选通，即在任意激光器发光的同时，其他激光器不必需同时发光，即实现激光器的一一选通发光。
需要说明的是，在实际应用中，控制模块可以通过相应的触发信号采用轮询方式依次选通阳极驱动和阴极驱动，比如，顺序轮询或者随机轮询方式，每次触发使一个或多个激光器发射探测光信号。比如，通过触发信号分别选通阴极驱动B1和阳极驱动A1、A2，可使激光器1和3同时发射探测光信号。
当然，本发明实施例并不限定阴极总线和阳极总线的数量，可以根据实际需要来设定。
比如，图3所示实施例，对应n个激光器的驱动电路的另一种非限制性结构中，阴极总线可以设置为4条，每条阴极总线连接一个阴极驱动(未图示)。每4个激光器共用一个阳极驱动通道，共用一个阳极驱动通道的4个激光器的阴极分别连接至不同的阴极总线，从而可以将阳极驱动通道的数量降低为n/4。如图3中激光器1-4共用同一条阳极总线A01，激光器5-8共用同一条阳极总线A02……，共用同一个阳极总线A01的4个激光器1-4分别连接至4个不同的阴极总线，即激光器1的阴极连接至阴极总线B01，激光器2的阴极连接至阴极总线B02，激光器3的阴极连接至阴极总线B03，激光器4的阴极连接至阴极总线B04，依此类推设置其他激光器的连接关系。由此实现共用同一个阳极驱动的多个激光器分别连接不同的阴极驱动，而共用同一个阴极驱动的多个激光器分别连接至不同的阳极驱动，即实现多个激光器不同时共用同一个阳极驱动和同一个阴极驱动，从而实现多个激光器的一一选通发光。在图3所示的实施例中，相对于现有技术中的方案，可将阳极驱动的数量由n减少至n/4。
当然，本发明实施例并不限定激光器、阴极总线和阳极总线的数量之间的比例，即激光器的数量不一定是阳极总线或阴极总线数量的整数倍，且不同阳极总线/阴极总线连接的激光器的数量可以相同或不同，相应的数量可以根据实际需要来设定。例如激光器的数量为7个，阳极总线的数量为3个，阴极总线的数量为3个，激光器1-3连接阳极总线1，激光器4-6连接阳极总线2，激光器7连接阳极总线3；激光器1、4、7连接阴极总线1，激光器2、5连接阴极总线2，激光器3、6连接阴极总线3。在实际应用中，阴极总线和阳极驱动通道的数量(即阳极总线的数量)可以根据激光雷达的光源、电路、器件设计、驱动芯片型号等灵活设置。总的原则是阳极驱动通道的数量×阴极总线的数量≥激光器的数量。
需要说明的是，本发明实施例提供的激光器驱动电路，对激光器的排布结构不做限制，比如可以为一列排布或者多列排布，也可以根据激光雷达整机设计要求设置成其他排布方式。
在另一种非限制性实施例中，一条阳极总线也可以连接多个阳极驱动，通过选通任意一个阳极驱动选通相应的激光器发光，比如图3中，与阳极总线A01连接有阳极驱动器A1和A1’。阳极驱动器A1和A1’可以构成冗余通道，以备在其中一个阳极驱动损坏时使用另一个阳极驱动来选通对应的阳极总线。
在具体产品中，本发明实施例提供的激光器驱动电路中的n个激光器可以是集成在同一个激光器芯片上，多个阳极驱动可以集成在一个或多个驱动芯片上，比如可以将图2中的n/2个阳极驱动、或者图3中的n/4个阳极驱动集成在一个驱动芯片21上，可有效降低激光雷达发射端尺寸和成本。
上述激光器可以是各种类型的激光器，例如垂直腔面发射激光器VCSEL，或者边发射型激光器EEL，本发明的保护范围不受激光器的类型的限制。本发明实施例提供的激光器驱动电路，每个阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个激光器，共用同一条阳极总线的激光器分别连接至不同的阴极总线，每条阴极总线连接一个阴极驱动。这种连接方式可以大大降低阳极驱动通道的数量，进而可以减少所需驱动芯片的数量，有利于产品的小型化和集成化。
例如，对于32线激光雷达，如果按照现有技术，所有激光器的阴极互连，每一线激光器均采用独立的阳极驱动，则需要32个阳极驱动。如果1个驱动芯片有16个驱动通道，那么32线激光雷达就需要两个驱动芯片。而采用本发明方案，例如设置2条阴极总线，每两个激光器共用同一个阳极驱动，共用同一个阳极驱动的两个激光器分别连接至两条不同的阴极总线，则只需要16个阳极驱动，因此只需一个16通道的驱动芯片即可实现32线激光雷达的发射端驱动。驱动芯片数量的减少不仅节省芯片占用空间，而且会大大降低激光雷达整机的成本。
在具体应用中，阴极驱动可以采用NMOS开关管、PMOS开关管、场效应管、数字开关等。
参照图4所示本发明实施例提供的激光器驱动电路的另一种结构示意图，其中激光器的数量以32个为例，阴极驱动以NMOS管为例。
该示例中，激光器L1、L2共用一个阳极驱动A1，激光器L3、L4共用一个阳极驱动A2，……，激光器L31、L32共用一个阳极驱动A16；激光器L1，L3，……，L31的阴极连接到阴极总线B01，激光器L2，L4，……，L32的阴极连接到阴极总线B02。
与阴极总线B01连接的阴极驱动为NMOS管Q1，与阴极总线B02连接的阴极驱动为NMOS管Q2。
在需要触发激光器L1发射探测光信号时，向NMOS管Q1的栅极施加高电平信号，NMOS管Q1选通，使阴极总线B01为低电平，同时向阳极驱动A1施加相应的触发信号，选通阳极驱动A1，使阳极总线A01为高电平，激光器L1发射探测光信号。
在应用本发明实施例提供的激光器驱动电路的激光雷达中，可以使用单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，SPAD)或者硅光电倍增管(Siliconphotomultiplier，SiPM)等具有光电转换功能的相应器件作为探测器。
如果采用SPAD作为探测器，通常需要考虑以下问题：一方面，SPAD可被单个光子触发雪崩效应，容易受到环境光噪声的影响；另一方面，SPAD对于激光雷达常用探测光波段的光子探测效率(photon detection efficiency，PDE)较低，单次探测获得的信号强度很弱，一次探测可能在探测时间窗口内只发生了几次触发，无法区分是回波信号还是环境光噪声。
针对上述问题，为了提高激光雷达的测远性能并且降低噪声的影响，通常会采用连续多次发射探测光信号的方式，即一个激光器在其发射时间内可以进行多次发射，每次发射称为一个sweep，每个sweep发1个脉冲，发射次数可达400-1000次，也可以更多次或更少次。对应的探测器则可以进行多次测量，将多次测量结果进行叠加得到直方图(histogram)，计算出一个距离值，从而获得高精准度的探测结果。
以一次发射时间内连续发射400次为例，激光器在其发射时间内的具体发射过程为：依照设定的发射顺序，一个激光器连续发射400次，然后下一个激光器连续发射400，以此类推，直至最后一个激光器连续发射400次，之后再从第一个激光器开始再次连续发射400次。
一个激光器连续发射多次及对应的探测器在探测时间窗内测量结果累积的直方图如图5所示。
每个激光器在进行连续多次发射的过程中，发射脉冲的时间为几纳秒，两次脉冲之间的时间间隔大约为1微秒，激光器发射脉冲的占空比约为千分之几。由于激光器导通时间极短，因此激光器发射时产生的瞬态电流较大，能达到几十安培(比如20A)，因此要求阴极总线上的阴极驱动具有较大的通流能力，例如阴极总线开关选用NMOS管，则要求NMOS的通流能力超过激光器发光时产生的瞬态电流。
为了满足上述要求，就需要选用大功率的NMOS管，这样不仅会增加激光器驱动电路的功耗，而且会增加成本。
针对上述问题，如图6所示，在本发明激光器驱动电路另一种非限制性实施例中，可以在每一路阴极总线上连接接地电容，以降低流过对应阴极驱动的瞬态电流，从而可以选用驱动能力小的阴极驱动开关。
在具体应用中，所述接地电容的数量可以是一个或多个；所述接地电容适于降低流过对应阴极驱动的瞬态电流。
以阴极驱动采用NMOS管为例，如图7所示，阴极总线B01上连接接地电容C1、阴极总线B02上连接接地电容C2。当与阴极总线B01连接的任一激光器发射探测光信号时，电容C1被充电。当NMOS管Q1被选通时，电容C1被放电。
下面结合图7，详细说明该实施例的激光器驱动电路中激光器的驱动及发光过程。
假设图7中32个激光器的发光顺序为L1，L2，L3，……，L32。
首先在需要激光器L1连续进行多次发光的过程中，通过触发信号选通阳极驱动A1，同时保持阴极总线开关Q1、Q2关闭，此时由于两条阴极总线上均设置有电容，且电容未充电，因此阳极驱动A1、激光器L1、电容C1与地之间构成放电回路，同时阳极驱动A1、激光器L2、电容C2与地之间构成放电回路，激光器L1，L2同时发射探测光信号，激光器L1、L2发光时产生的电流将给电容C1、C2充电。
完成第一次发射后，通过触发信号关闭阳极驱动A1，并且仅打开此时需要进行发光的激光器L1的阴极总线上的开关Q1，而阴极总线开关Q2仍保持关闭状态。此时，电容C1通过开关Q1与地构成放电回路，电容C1将进行放电，而电容C2由于开关Q2断开而无法放电，保持充电状态。
如前所述，由于激光器导通时脉冲的占空比为千分之几，一个发光周期内发光时间是几纳秒，不发光时间接近1微秒，即非导通的时间是导通的时间几百倍。本发明通过在阴极总线上设置接地电容，激光器导通的极短时间内产生的较大瞬态电流给电容充电，而不会通过阴极总线开关。在激光器非导通的较长时间内再打开阴极总线开关，使电容中存储的电量可以缓慢地经由阴极总线开关放电，此时流过阴极总线开关中的电流较小，则可实现降低NMOS功率的效果。
之后再次通过触发信号选通阳极驱动A1，激光器1、2再次同时导通发光，电容C1、C2再度被充电。
完成第二次发射后，通过触发信号关闭阳极驱动1、打开阴极总线开关Q1，电容C1将再次进行放电；阴极总线开关Q2仍保持关闭状态，因此电容C2依然无法放电。
经过一次或多次的发射过程，电容C2充满电。需要说明的是，根据电容参数的不同，可能一次发光后电容C2就已经充满电，也可能激光器L1和L2同时发光几次后电容C2充满电。
在电容C2充满电后，阳极驱动A1再次打开时，由于电容C2的电压较高，使得激光器L2两端的电压差无法达到导通电压，因此再次选通阳极驱动A1后，激光器L2将不再发光，而只有激光器L1发光。由于每个激光器进行连续多达几百次甚至上千次的发光，根据多次测量结果的累加数据来得到距离信息，因此两个激光器少量几次的同时发光并不会对最终的探测结果产生影响。
当激光器L1完成400次发射后，需要切换到激光器L2发射。此时，通过触发信号打开阴极总线开关Q2，使电容C2放电，然后通过触发信号选通阳极驱动A1，激光器L2与激光器L1同时发射，电容C1和C2充电，发射结束后关闭阳极驱动A1、打开阴极总线开关Q2，电容C2放电。当电容C1充满电后，即使阳极驱动A1打开，激光器L1也不再发光，因此在后续L2发光的过程中，L1不再同时发光。
类似地，当激光器L2完成400次发射后，需要切换到激光器L3发射。此时，通过触发信号打开阴极总线开关Q1，使电容C1放电，然后通过触发信号选通阳极驱动A2，激光器L3与激光器L4同时发射，电容C1和C2充电，发射结束后关闭阳极驱动A2、打开阴极总线开关Q1，电容C1放电。当电容C2充满电后，再次选通阳极驱动A2，激光器L4将不再发光，因此在后续激光器L3发光的过程中，激光器L4不再同时发光。
依此类推，通过选通相应的阳极驱动及阴极总线开关，可以使32个激光器依次发射探测光信号。在每个激光器的发射时间窗内，该激光器可以连续进行多次发射，而在该发射时间窗的初始时刻，与该激光器共用同一阳极驱动的其它激光器会有一次或少量的几次同时发射，但基于前面的分析可知，少量几次的同时发射并不会对最终的探测结果产生影响。
可见，针对在一个发射时间窗口内进行多次连续发射的激光雷达，利用该实施例的方案，通过在每条阴极总线上连接接地电容，可以大幅度降低流过对应阴极驱动的电流幅值，从而降低对阴极驱动能力的要求。
在实际应用中，可以根据激光器的数量、发光功率、排布间距的不同，选择数量不同的电容。比如，每条阴极总线连接一个接地电容，如图7所示；或者，每条阴极总线并连连接多个接地电容，如图8所示。相对于一个电容的情况，在并连连接多个电容的情况下，可以选择电容值较小的电容。另外，多个接地电容可以分别布设在一个或多个激光器的相邻位置。
需要说明的是，电容的数量及位置可以根据激光器的间距进行选择及布设。比如，在激光器排布紧密、间距小的情况下，可以选择数量较少的电容贴近阴极驱动布设。在激光器排布间距较大的情况下，可以选择多个电容，而且可以灵活布设电容的位置，例如一个激光器的相邻位置布设一个电容，如图9所示，或者每间隔几个激光器布设一个电容，这样每个激光器发光过程中的回流环路较短，可以有效降低寄生电感。
相应地，基于上述激光器驱动电路的结构，本发明实施例还提供一种激光器驱动方法，如图10所示，是本发明实施例提供的激光器驱动方法的一种流程图。
该实施例的方法用于驱动多个激光器发射探测光信号，可以用于图2、图3、图4所示激光器驱动电路，即每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；每条阴极总线连接一个阴极驱动。
实施例提供的激光器驱动方法包括以下步骤：
步骤101，选通一个或多个阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通。
步骤102，选通一个或多个阴极驱动，使与所述阴极驱动连接的阴极总线导通。
步骤103，驱动同时与导通的阳极总线和导通的阴极总线相连接的所述激光器发射探测光信号。
下面结合图4所示激光器驱动电路，详细说明利用该方法控制各激光器发光的过程。
参照图4，假设需要控制激光器L1至L32依次发射探测光信号。
首先，选通阳极驱动A1和阴极总线开关Q1，激光器L1第一次发射探测光信号；再次选通阳极驱动A1和阴极总线开关Q1，激光器L1第二次发射探测光信号；如此重复，完成激光器L1的多次连续发光。
激光器L1发射结束后，选通阳极驱动A1和阴极总线开关Q2，激光器L2发射探测光信号；再次选通阳极驱动A1和阴极总线开关Q2，激光器L2第二次发射探测光信号；如此重复，完成激光器L2的多次连续发光。
依此类推，直至所有激光器完成一轮发射。
上述示例中以多个激光器依次进行发光为例，此外，同时发光的激光器也可以为多个，例如同时选通阳极驱动A1、A3和阴极总线开关Q1，则可以驱动激光器1、5同时发光。本发明对发光时序并不做限定。
需要说明的是，在上述各激光器发光时间窗口内，激光器可以只进行一次发射，也可以进行多次发射，对此本发明实施例不做限定。
本发明实施例提供的激光器驱动方法，通过对阴极驱动和阳极驱动的选通，可以方便地实现对每个激光器的控制，满足多线激光雷达各种不同工作方式的需求，比如一次触发使一个或多个激光器发射探测光信号。
如图11所示，是本发明实施例提供的激光器驱动方法的另一种流程图，可以应用于图6至图9所示激光器驱动电路，即每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；每条阴极总线连接一个阴极驱动，每条所述阴极总线上还连接有接地电容，所述接地电容的数量为一个或多个。
该实施例提供的激光器驱动方法包括以下步骤：
步骤111，选通一个或多个阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通，驱动与导通的阳极总线相连接的第一激光器发射探测光信号；所述第一激光器发射探测光信号过程中，与其连接的阴极总线上的接地电容充电。
步骤112，所述第一激光器完成一次发光后，选通与第二激光器连接的阴极驱动，使与所述第二激光器连接的阴极总线上的接地电容放电；所述第二激光器为所述第一激光器中的部分或全部激光器。
步骤113，再次选通所述阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通，驱动所述第二激光器发射探测光信号。
通过在阴极总线上连接接地电容，在激光器发光时关闭阴极驱动开关，使激光器发光过程中产生的较大的瞬态电流流向接地电容，在激光器发光结束后，再选通阴极驱动开关，使电容中存储的电能在较长的时间内缓慢流过阴极驱动开关，从而大幅度降低流过对应阴极驱动的瞬态电流，进而降低对阴极驱动能力的要求。相应地，利用该方法，可以方便地实现对这种阴极总线上连接有接地电容的激光器驱动电路中激光器的控制，具体的控制过程可以参照前面对图7所示激光驱动电路工作过程的描述，在此不再赘述。
相应地，本发明实施例还提供一种芯片，包括前面所述的激光器驱动电路。
相应地，本发明实施例还提供一种激光雷达，如图12所示示例，所述激光雷达包括激光器121、控制单元122、以及激光器驱动电路123。
其中，控制单元122包括：与多个阳极驱动电连接的阳极数据选择器1221、以及与多个阴极驱动电连接的阴极数据选择器1222。阳极数据选择器1221用于根据第一触发信号选通阳极驱动；阴极数据选择器1222用于根据第二触发信号选通阴极驱动。
第一触发信号用于每次选通一个或多个阳极驱动，第二触发信号用于每次选通一个或多个阴极驱动。
第一触发信号和第二触发信号可以由激光雷达的控制器(例如FPGA、MCU等)根据发光时序给出。
相较于现有的相同线数的激光雷达，本发明实施例提供的激光雷达中的激光器驱动电路可以使用较少的阳极驱动芯片，做到更小体积，而且可以有效降低整机成本。
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。
本发明实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。
本发明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，也不表示本发明实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本发明实施例的任何限制。
本发明实施例中出现的“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，本发明实施例对此不做任何限定。
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 (16)

1.一种激光器驱动电路，用于驱动多个激光器发射探测光信号，其特征在于，所述电路包括：多个阳极驱动、以及多个阴极驱动；
每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；所述阳极驱动用于控制与其连接的所述阳极总线的断开与导通，当任一所述阳极驱动被选通时，控制与其连接的所述阳极总线导通；
每个所述阴极驱动连接一条阴极总线；所述阴极驱动用于控制与其连接的所述阴极总线的断开与导通，当任一阴极驱动被选通时，控制与其连接的所述阴极总线导通。
2.根据权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述阳极驱动和所述阴极驱动分别由相应的触发信号选通；当连接同一个激光器的阳极驱动和阴极驱动同时被选通时，所述激光器发射探测光信号。
3.根据权利要求2所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述触发信号通过轮询方式依次选通所述阳极驱动和所述阴极驱动，每次触发使一个或多个激光器发射探测光信号。
4.根据权利要求3所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述轮询方式为：顺序轮询、或者随机轮询。
5.根据权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述阴极驱动为MOS管、或者三极管。
6.根据权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，每条所述阴极总线上连接有接地电容，所述接地电容的数量为一个或多个；所述接地电容适于降低流过对应阴极驱动的瞬态电流。
7.根据权利要求6所述的激光器驱动电路，其特征在于，当所述激光器发射所述探测光信号时，与其连接的所述接地电容被充电；当所述阴极驱动被选通时，与其连接的所述接地电容被放电。
8.根据权利要求7所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器在其工作时间内连续多次发射所述探测光信号；所述阴极驱动在所述激光器发射多次所述探测光信号的间隙时间内被触发选通。
9.根据权利要求6所述的激光器驱动电路，其特征在于，多个所述接地电容分别布设在一个或多个所述激光器的相邻位置。
10.根据权利要求9所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述接地电容的数量与所述激光器的数量相同，并且每个所述接地电容分布在一个所述激光器的相邻位置。
11.根据权利要求1至10任一项所述的激光器驱动电路，其特征在于，不同阳极驱动连接的激光器呈一列或多列排布。
12.一种激光器驱动方法，用于驱动多个激光器发射探测光信号，其特征在于，所述方法包括：
选通一个或多个阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通；
选通一个或多个阴极驱动，使与所述阴极驱动连接的阴极总线导通；
驱动同时与导通的阳极总线和导通的阴极总线相连接的所述激光器发射探测光信号；
其中，每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；每条阴极总线连接一个阴极驱动。
13.一种激光器驱动方法，用于驱动多个激光器发射探测光信号，其特征在于，所述方法包括：
选通一个或多个阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通，驱动与导通的阳极总线相连接的第一激光器发射探测光信号；所述第一激光器发射探测光信号过程中，与其连接的阴极总线上的接地电容充电；
所述第一激光器完成一次发光后，选通与第二激光器连接的阴极驱动，使与所述第二激光器连接的阴极总线上的接地电容放电；所述第二激光器为所述第一激光器中的部分或全部激光器；
再次选通所述阳极驱动，使与所述阳极驱动连接的阳极总线导通，驱动所述第二激光器发射探测光信号；
其中，每个所述阳极驱动连接一条阳极总线，每条阳极总线连接至少两个所述激光器，共用同一条阳极总线的所述至少两个激光器分别连接至不同的阴极总线；每条阴极总线连接一个阴极驱动，每条所述阴极总线上还连接有接地电容，所述接地电容的数量为一个或多个。
14.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的激光器驱动电路。
15.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括激光器、控制单元、以及如权利要求1至11任一项所述的激光器驱动电路；
所述控制单元包括：与多个阳极驱动电连接的阳极数据选择器、以及与多个阴极驱动电连接的阴极数据选择器；
所述阳极数据选择器用于根据第一触发信号选通阳极驱动；
所述阴极数据选择器用于根据第二触发信号选通阴极驱动。
16.根据权利要求15所述的激光雷达，其特征在于，所述第一触发信号用于每次选通一个或多个阳极驱动，所述第二触发信号用于每次选通一个或多个阴极驱动。
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