CN209805095U

CN209805095U - 激光器驱动电路及激光设备

Info

Publication number: CN209805095U
Application number: CN201921049550.7U
Authority: CN
Inventors: 孙向明; 郭迪; 高超嵩
Original assignee: Hubei Bingzheng Tecent Technology Co Ltd
Current assignee: Hubei Bingzheng Tecent Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2029-07-04

Abstract

本实用新型公开一种激光器驱动电路及激光设备，所述激光器驱动电路包括第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、电流镜以及第一电阻。第一N沟道MOS管的漏极与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与预设供电电源连接；第一N沟道MOS管分别与预设激光器以及电流镜连接；第一N沟道MOS管的栅极处获取预设直流电压信号；第一N沟道MOS管的源极与第二N沟道MOS管的漏极连接；第二N沟道MOS管的栅极处获取预设CML信号。由于第二N沟道MOS管即输入管并非为尾电流管，也就规避了使用尺寸较大的尾电流管，减小了器件面积；引入的第一电阻可提高调制电流，提高了驱动能力，解决了无法兼顾驱动能力与器件面积的技术问题。

Description

激光器驱动电路及激光设备

技术领域

本实用新型涉及飞行时间测距技术领域，特别涉及激光器驱动电路及激光设备。

背景技术

随着飞行时间测距(Time of flight，TOF)技术的不断发展，可应用飞行时间传感器来实施该TOF技术。

具体而言，可先通过飞行时间传感器发出光脉冲，光脉冲遇到物体后会发生反射，飞行时间传感器将再接收到反射的光脉冲，通过发出的光脉冲与反射的光脉冲可确定与遇到的物体之间的距离信息。

在飞行时间传感器的使用过程中，飞行时间传感器内发出光脉冲的激光器将依靠驱动电路来驱动。

就该驱动电路而言，驱动电路中多包括输入管与激光器，输入管处将用于输入与光脉冲相关的输入信号，常使用尾电流管来提供流过输入管的电流，进而最终驱动激光器。

但是，尾电流管的尺寸往往决定着尾电流的大小，尾电流的大小会影响到驱动激光器的驱动能力的大小。为了保证该驱动能力处于一定水平，这就导致了尾电流管的尺寸往往较大，进而在整体上增大了器件面积。

可见，目前在使用飞行时间传感器时，仍存在着无法兼顾驱动能力与器件面积的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种激光器驱动电路及激光设备，旨在解决在使用飞行时间传感器时无法兼顾驱动能力与器件面积的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种激光器驱动电路，所述激光器驱动电路包括第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOS管、第二N沟道MOS管、电流镜以及第一电阻；

所述第一N沟道MOS管的漏极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与预设供电电源连接；

所述第一N沟道MOS管的漏极与预设激光器的负极连接，所述预设激光器的正极与所述预设供电电源连接；

所述第一N沟道MOS管的漏极与所述电流镜的电流输出端连接；

所述第一N沟道MOS管的栅极，用于获取预设直流电压信号；

所述第一N沟道MOS管的源极与所述第二N沟道MOS管的漏极连接，所述第二N沟道MOS管的源极接地；

所述第二N沟道MOS管的栅极，用于获取预设电流模式逻辑CML信号。

优选地，所述第二N沟道MOS管的栅极，用于在所述预设CML信号为导通信号时，切换为导通状态；

所述第一N沟道MOS管的漏极，用于在所述第二N沟道MOS管处于导通状态时，输出调制电流至所述预设激光器的负极；

所述电流镜的电流输出端，用于输出偏置电流至所述预设激光器的负极；

所述第一电阻的第二端，用于获得调节电流；

所述预设激光器的正极，用于获得第一驱动电流，所述第一驱动电流为所述调制电流与所述偏置电流的和值减去所述调节电流后的差值。

优选地，所述第一N沟道MOS管的漏极，用于在所述预设直流电压信号为预设电压值时，将所述调制电流的电流值调节为与所述预设电压值对应的电流值，并输出调节后的调制电流至所述预设激光器的负极。

优选地，所述第二N沟道MOS管的栅极，用于在所述预设CML信号为截止信号时，切换为截止状态；

所述第一电阻的第二端，用于获得调节电流；

所述预设激光器的正极，用于获得第二驱动电流，所述第二驱动电流为所述偏置电流减去所述调节电流后的差值。

优选地，所述电流镜包括第三N沟道MOS管、第四N沟道MOS管以及预设电流源；

所述预设激光器的负极分别与所述第三N沟道MOS管的漏极以及所述第三N沟道MOS管的栅极连接，所述第三N沟道MOS管的源极接地；

所述第三N沟道MOS管的栅极与所述第四N沟道MOS管的栅极连接，所述第四N沟道MOS管的源极与所述第三N沟道MOS管的源极连接；

所述第四N沟道MOS管的漏极与所述预设电流源的第一端连接，所述预设电流源的第二端与所述预设供电电源连接。

优选地，所述激光器驱动电路还包括差分电路，所述差分电路与所述第二N沟道MOS管的栅极连接；

所述差分电路，用于输出所述预设CML信号。

优选地，所述第一N沟道MOS管的寄生电容小于所述第二N沟道MOS管的寄生电容。

优选地，所述第一N沟道MOS管的宽长比小于所述第二N沟道MOS管的宽长比，所述宽长比为宽度与长度的比值。

优选地，所述第一N沟道MOS管与所述第二N沟道MOS管的长度相同。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种激光设备，所述激光设备包括预设激光器与如上所述的激光器驱动电路；

所述预设激光器与所述激光器驱动电路连接。

在本实用新型中将设置第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、电流镜以及第一电阻来最终驱动预设激光器的运行。具体地，第一N沟道MOS管的漏极与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与预设供电电源连接；第一N沟道MOS管的漏极与预设激光器的负极连接，预设激光器的正极与预设供电电源连接；第一N沟道MOS管的漏极与电流镜的电流输出端连接；第一N沟道MOS管的栅极，用于获取预设直流电压信号；第一N沟道MOS管的源极与第二N沟道MOS管的漏极连接，第二N沟道MOS管的源极接地；第二N沟道MOS管的栅极，用于获取预设CML信号。可见，由于第二N沟道MOS管即输入管并非为尾电流管，此处不通过尾电流运行，也就规避了此处若使用尾电流管导致的尺寸较大的情况，相应地减小了器件面积；而且，由于同时引入了第一电阻，可提高调制电流的电流上限值，增强了调制能力，进而提高了驱动能力，解决了在使用飞行时间传感器时无法兼顾驱动能力与器件面积的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型激光器驱动电路一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				M1	第一N沟道MOS管	100	电流镜
M2	第二N沟道MOS管	M3	第三N沟道MOS管
				R	第一电阻	M4	第四N沟道MOS管
L1	预设激光器	C1	预设电流源
				VDD	预设供电电源

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种激光器驱动电路，其中，图1为本实用新型激光器驱动电路一实施例的电路结构示意图。

请详细参阅图1，所述激光器驱动电路包括第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS管)M1、第二N沟道MOS管M2、电流镜100以及第一电阻R；

所述第一N沟道MOS管M1的漏极与所述第一电阻R的第一端连接，所述第一电阻R的第二端与预设供电电源VDD连接；

所述第一N沟道MOS管M1的漏极与预设激光器L1的负极连接，所述预设激光器L1的正极与所述预设供电电源VDD连接；

所述第一N沟道MOS管M1的漏极与所述电流镜100的电流输出端连接；

所述第一N沟道MOS管M1的栅极，用于获取预设直流电压信号；

所述第一N沟道MOS管M1的源极与所述第二N沟道MOS管M2的漏极连接，所述第二N沟道MOS管M2的源极接地；

所述第二N沟道MOS管M2的栅极，用于获取预设电流模式逻辑CML信号。

可以理解的是，本实施例给出了一种针对预设激光器L1的激光器驱动电路，以使该预设激光器L1可发出光脉冲，适用该TOF技术。

应当理解的是，在该激光器驱动电路驱动预设激光器L1时，第一N沟道MOS管M1为控制管，获取预设直流电压信号，该预设直流电压信号可由预设电压源提供，可记为Vctrl；第二N沟道MOS管M2为输入管，获取预设电流模式逻辑(Current Mode Logic，CML)信号，预设CML信号中携带有调制信息，以设置该预设激光器L1发出的光脉冲，预设CML信号可记为Vin。可见，该激光器驱动电路中的第二N沟道MOS管M2即输入管并非为尾电流管。

在具体实现中，第二N沟道MOS管M2上流经的电流可记为调制电流Imod，可发现，本实施例中的Imod不会通过尾电流来提供。当第二N沟道MOS管M2导通时，第二N沟道MOS管M2上流经的电流是由“预设供电电源VDD-预设激光器L1-第一N沟道MOS管M1-第二N沟道MOS管M2”以及“预设供电电源VDD-第一电阻R-第一N沟道MOS管M1-第二N沟道MOS管M2”这两个电路支路产生，而非由尾电流管产生，此处也不使用尾电流。明显地，当不引入大尺寸的尾电流管来提供Imod时，自然，也就相应地减小了整体面积。

可以理解的是，除了可减小器件面积以外，由于额外引入了第一电阻R，第一电阻R可提高调制电流Imod的电流上限值，增强了调制能力，进而提高驱动能力。具体地，提高后的调制电流Imod，可达到600mA，最大瞬态电流甚至可达到900mA。

在具体实现中，为了便于理解，可将预设激光器L1的负极处的电路节点记为A，鉴于预设激光器L1中存在着的恒定压降将导致电路节点A处的直流电压较低，进而会导致调制电流Imod减小。通过外接第一电阻R也可改善该状况，进而增加了驱动电流，增强了驱动能力。

在本实施例中将设置第一N沟道MOS管M1、第二N沟道MOS管M2、电流镜100以及第一电阻R来最终驱动预设激光器L1的运行。具体地，第一N沟道MOS管M1的漏极与第一电阻R的第一端连接，第一电阻R的第二端与预设供电电源VDD连接；第一N沟道MOS管M1的漏极与预设激光器L1的负极连接，预设激光器L1的正极与预设供电电源VDD连接；第一N沟道MOS管M1的漏极与电流镜100的电流输出端连接；第一N沟道MOS管M1的栅极，用于获取预设直流电压信号；第一N沟道MOS管M1的源极与第二N沟道MOS管M2的漏极连接，第二N沟道MOS管M2的源极接地；第二N沟道MOS管M2的栅极，用于获取预设CML信号Vin。可见，由于第二N沟道MOS管M2即输入管并非为尾电流管，此处不通过尾电流运行，也就规避了此处若使用尾电流管导致的尺寸较大的情况，相应地减小了器件面积；而且，由于同时引入了第一电阻R，可提高调制电流Imod的电流上限值，增强了调制能力，进而提高了驱动能力，解决了在使用飞行时间传感器时无法兼顾驱动能力与器件面积的技术问题。

进一步地，所述第二N沟道MOS管M2的栅极，用于在所述预设CML信号Vin为导通信号时，切换为导通状态；

所述第一N沟道MOS管M1的漏极，用于在所述第二N沟道MOS管M2处于导通状态时，输出调制电流至所述预设激光器L1的负极；

所述电流镜100的电流输出端，用于输出偏置电流至所述预设激光器L1的负极；

所述第一电阻R的第二端，用于获得调节电流；

所述预设激光器L1的正极，用于获得第一驱动电流，所述第一驱动电流为所述调制电流与所述偏置电流的和值减去所述调节电流后的差值。

可以理解的是，导通信号可为高电平信号，在输入的预设CML信号Vin为高电平信号时，第二N沟道MOS管M2处于导通状态，该条支路为通路，有电流经过，经过电流即为调制电流Imod。电流镜100给出的电流记为偏置电流IBias2。

应当理解的是，在第二N沟道MOS管M2处于导通状态时，电路节点A处的电流为调制电流Imod与偏置电流IBias2的和值。

当然，还可将流经预设激光器L1的电流记为驱动电流Ivcsel，至于流经第一电阻R的电流可记为调节电流I_R，所以，在此处I_R+Ivcsel＝Imod+IBias2。故而，Ivcsel＝Imod+IBias2-I_R。

需要说明的是，本实施例的第一驱动电流与第二驱动电流均是指驱动电流Ivcsel，区别命名仅为了区别不同状态下的驱动电流数值。

就第一驱动电流而言，可认为，此时驱动预设激光器L1的驱动电流Ivcsel为该第一驱动电流的数值，即Imod+IBias2-I_R。

进一步地，所述第一N沟道MOS管M1的漏极，用于在所述预设直流电压信号为预设电压值时，将所述调制电流的电流值调节为与所述预设电压值对应的电流值，并输出调节后的调制电流至所述预设激光器L1的负极。

可以理解的是，在第二N沟道MOS管M2处于导通状态且预设直流电压信号Vctrl为预设电压值时，存在着调制电流Imod，而且，预设电压值越大，调制电流Imod的电流值越大。所以，可通过调节预设电压值来调节调制电流Imod的电流值。

应当理解的是，由于驱动电流Ivcsel越大，激光器驱动电路的驱动能力越强，所以，调节预设电压值也可进一步地调节该驱动能力。通过增大调制电流Imod的电流值，可增大驱动电流Ivcsel，最终可增强激光器驱动电路的驱动能力。

进一步地，所述第二N沟道MOS管M2的栅极，用于在所述预设CML信号Vin为截止信号时，切换为截止状态；

所述第一电阻R的第二端，用于获得调节电流；

所述预设激光器L1的正极，用于获得第二驱动电流，所述第二驱动电流为所述偏置电流减去所述调节电流后的差值。

可以理解的是，截止信号可为低电平信号，在输入的预设CML信号Vin为低电平信号时，第二N沟道MOS管M2处于截止状态，第二N沟道MOS管M2关断，没有电流经过，经过第一N沟道MOS管M1与第二N沟道MOS管M2的调制电流Imod＝0。可见，预设CML信号Vin可控制第二N沟道MOS管M2的导通与否，进而控制调制电流Imod的有无。

应当理解的是，在第二N沟道MOS管M2处于截止状态时，电路节点A处的电流仅为偏置电流IBias2。所以，I_R+Ivcsel＝IBias2。故而，驱动电流Ivcsel＝IBias2-I_R。可见，此时驱动预设激光器L1的驱动电流Ivcsel为该第二驱动电流的数值，即IBias2-I_R。

需要说明的是，可见，在第二N沟道MOS管M2处于导通状态时，驱动电流Ivcsel＝Imod+IBias2-I_R，为驱动电流的最大值；在第二N沟道MOS管M2处于截止状态时，驱动电流Ivcsel＝IBias2-I_R，为驱动电流的最小值。所以，流过预设激光器L1的实际调制电流为驱动电流的最大值与驱动电流的最小值之间的差值，即此处的调制电流Imod；流过预设激光器L1的实际偏置电流为驱动电流的最小值，即此处的IBias2-I_R。

可见，第一N沟道MOS管M1与第二N沟道MOS管M2的协同工作可变化驱动电流Ivcsel处的电流值，进而起到调控驱动能力的作用。通过第一N沟道MOS管M1与第二N沟道MOS管M2同时调节驱动能力，也提供了调节的灵活性。

进一步地，所述电流镜100包括第三N沟道MOS管M3、第四N沟道MOS管M4以及预设电流源C1；

所述预设激光器L1的负极分别与所述第三N沟道MOS管M3的漏极以及所述第三N沟道MOS管M3的栅极连接，所述第三N沟道MOS管M3的源极接地；

所述第三N沟道MOS管M3的栅极与所述第四N沟道MOS管M4的栅极连接，所述第四N沟道MOS管M4的源极与所述第三N沟道MOS管M3的源极连接；

所述第四N沟道MOS管M4的漏极与所述预设电流源C1的第一端连接，所述预设电流源C1的第二端与所述预设供电电源VDD连接。

可以理解的是，将通过第三N沟道MOS管M3与第四N沟道MOS管M4来构成电流镜100，其目的在于，将预设电流源C1处的电流源电流IBias1以预设比例复制到电流镜100的左支路，即得到偏置电流IBias2。

此外，本实施例不限制预设电流源C1的具体电路结构，偏置电流IBias2为恒定值。

需要区别的是，此处的偏置电流IBias2将由电流镜100获得，而第三N沟道MOS管M3为尾电流管，所以，偏置电流IBias2为尾电流管提供的尾电流。但是，本实施例中的输入管侧并不由尾电流管提供尾电流来实现，所以，仍然减小了输入管处的器件面积。

进一步地，所述激光器驱动电路还包括差分电路，所述差分电路与所述第二N沟道MOS管M2的栅极连接；

所述差分电路，用于输出所述预设CML信号Vin。

在具体实现中，第二N沟道MOS管M2的栅极处获得到的预设CML信号Vin可由上一级电路输出，比如，上一级电路可为差分电路，差分电路可输出该预设CML信号Vin。预设CML信号Vin存在两种状态，即高电平信号与低电平信号。

进一步地，所述第一N沟道MOS管M1的寄生电容小于所述第二N沟道MOS管M2的寄生电容。

应当理解的是，在本实施例描述的激光器驱动电路的电路结构中，可设置为第一N沟道MOS管M1的寄生电容小于第二N沟道MOS管M2的寄生电容。鉴于寄生电容是导致电流信号的带宽下降的直接因素，寄生电容越大，该带宽越低，通过设置第一N沟道MOS管M1的寄生电容小于第二N沟道MOS管M2的寄生电容，第一N沟道MOS管M1可隔离第二N沟道MOS管M2带来的较大的寄生参数对带宽的影响，从而避免了带宽下降过多。

可以理解的是，避免了带宽下降过多，实质上也就提高了带宽，提高了工作速率，可达到200M。

进一步地，所述第一N沟道MOS管M1的宽长比小于所述第二N沟道MOS管M2的宽长比，所述宽长比为宽度与长度的比值。

在具体实现中，MOS管的参数包括宽长比，即宽度与长度的比值，可设置第一N沟道MOS管M1的宽长比小于第二N沟道MOS管M2的宽长比。通过设置第一N沟道MOS管M1的宽长比小于第二N沟道MOS管M2的宽长比，第一N沟道MOS管M1的尺寸小于第二N沟道MOS管M2的尺寸，鉴于尺寸越大寄生电容越大，所以，可导致第一N沟道MOS管M1的寄生电容小于第二N沟道MOS管M2的寄生电容。故而，可以避免带宽下降过多。

进一步地，所述第一N沟道MOS管M1与所述第二N沟道MOS管M2的长度相同。

在具体实现中，第一N沟道MOS管M1的宽度可为2240um，长度可为0.35um；第二N沟道MOS管M2的宽度可为3600um，长度可为0.35um。可见，第一N沟道MOS管M1与第二N沟道MOS管M2的长度可设置为相同。

可以理解的是，此处第一N沟道MOS管M1的宽长比为2240um/0.35um，第二N沟道MOS管M2的宽长比为3600um/0.35um。宽长比可记为W/L。

进一步地，第一N沟道MOS管M1除了可隔离第二N沟道MOS管M2的寄生电容对电气节点A的影响以外，还对调制电流Imod有调制作用。

本实用新型还提出一种激光设备，该电子设备包括预设激光器L1与上述激光器驱动电路，该激光器驱动电路的具体结构参照上述实施例，由于本激光设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，所述预设激光器L1与所述激光器驱动电路连接。

该激光设备可以是飞行时间传感器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器驱动电路包括第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOS管、第二N沟道MOS管、电流镜以及第一电阻；

所述第一N沟道MOS管的漏极与所述电流镜的电流输出端连接；

所述第一N沟道MOS管的栅极，用于获取预设直流电压信号；

2.如权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第二N沟道MOS管的栅极，用于在所述预设CML信号为导通信号时，切换为导通状态；

所述第一电阻的第二端，用于获得调节电流；

3.如权利要求2所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第一N沟道MOS管的漏极，用于在所述预设直流电压信号为预设电压值时，将所述调制电流的电流值调节为与所述预设电压值对应的电流值，并输出调节后的调制电流至所述预设激光器的负极。

4.如权利要求1所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第二N沟道MOS管的栅极，用于在所述预设CML信号为截止信号时，切换为截止状态；

所述第一电阻的第二端，用于获得调节电流；

5.如权利要求1至4中任意一项所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述电流镜包括第三N沟道MOS管、第四N沟道MOS管以及预设电流源；

6.如权利要求1至4中任意一项所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述激光器驱动电路还包括差分电路，所述差分电路与所述第二N沟道MOS管的栅极连接；

所述差分电路，用于输出所述预设CML信号。

7.如权利要求1至4中任意一项所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第一N沟道MOS管的寄生电容小于所述第二N沟道MOS管的寄生电容。

8.如权利要求7所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第一N沟道MOS管的宽长比小于所述第二N沟道MOS管的宽长比，所述宽长比为宽度与长度的比值。

9.如权利要求8所述的激光器驱动电路，其特征在于，所述第一N沟道MOS管与所述第二N沟道MOS管的长度相同。

10.一种激光设备，其特征在于，包括预设激光器与如权利要求1至9中任意一项所述的激光器驱动电路；

所述预设激光器与所述激光器驱动电路连接。