CN217846622U - 一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光雷达脉冲控制技术领域，为一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构及激光雷达，其中脉宽压缩控制电路结构包括依次电连接的同相缓冲器、延时电路及逻辑与门；同相缓冲器用于接收驱动管控制信号以输出第一同相控制信号及第二同相控制信号；延时电路用于接收第一同相控制信号及第二同相控制信号后，输出两路延时控制信号，且两路延时控制信号之间具有延时长度；逻辑与门接收两路延时控制信号后输出脉冲压缩控制信号。通过转换电路可以将控制脉冲要压缩，从而使输出光脉宽达到更小，可实现更大瞬态电流驱动，进而获得更大的瞬态脉冲功率。该方案能使脉冲能够达到3～5ns的压缩，从而实现更大瞬态电流的驱动。

Description

一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达脉冲控制技术领域，具体涉及一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构及激光雷达。

背景技术

LIDAR(Lightdetection and ranging)即激光雷达，是"光探测和测距"的简称。是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的系统，用于获得点云数据并生成精确的数字化三维模型。这三种技术的结合，可以在一致绝对测量点位的情况下获取周围的三维实景。

LIDAR发展至今，已经应用在包括立体制图、采矿、林业、考古、地址、地形测量等领域；近些年，由于LIDAR技术的优点，已经应用于自动驾驶、智能家居等领域。随着新领域的产生，对LIDAR的测试距离及精度也提出了新的要求。

LIDAR在发端的单线/多线脉冲光源指标，如脉冲功率、脉宽，是SPAD(SinglePhoto Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)/APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)检测的重要指标。当前发端光脉冲输出驱动，一般有分立器件控制方案：采用微控制器/FPGA直接控制三极管/MOS管，三级管/MOS输出实现后级大电流脉冲驱动电路输出开关控制。或者有集成芯片输出方案：采用专用芯片如SPAD，输出触发信号控制后级大电流脉冲驱动电路输出开关控制。

在LIDAR应用中，需要10-30A大电流驱动输出，脉冲宽度10ns以内。现有技术一般采用MOS/GaN管驱动输出大电流，而控制部分电路由MCU/FPGA或SPAD输出，但这类方案硬件决定了控制信号脉宽时间达不到10ns以内，或者输出幅度达不到后级驱动管控制信号逻辑电平要求，使输出光脉冲无法实现更窄脉宽。

发明内容

本实用新型提供了一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构及激光雷达，解决了以上所述的激光雷达的输出光脉冲无法实现更窄脉宽技术问题。

本实用新型为解决上述技术问题提供了一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，包括依次电连接的同相缓冲器、延时电路及逻辑与门；

所述同相缓冲器用于接收驱动管控制信号以输出第一同相控制信号及第二同相控制信号；

所述延时电路用于接收第一同相控制信号及第二同相控制信号后，输出两路延时控制信号，且两路所述延时控制信号之间具有延时长度；

所述逻辑与门接收两路延时控制信号后输出脉冲压缩控制信号。

优选地，所述同相缓冲器为1驱2同相位缓冲器，所述1驱2同相位缓冲器接收驱动管控制信号，并输出第一同相控制信号及第二同相控制信号。

优选地，所述延时电路包括第一延时支路及第二延时支路，所述第一延时支路接第一同相控制信号以输出第一延时控制信号，所述第二延时支路接第二同相控制信号以输出第二延时控制信号，所述第一延时控制信号与所述第二延时控制信号用于同时输入至所述逻辑与门，所述逻辑与门输出脉宽压缩控制信号，且

所述第一延时控制信号与所述第二延时控制信号之间具有延时长度。

优选地，所述第一延时支路由电阻R1和电容C1并联而成，其中电阻R1的一端接所述第一同相控制信号，另一端连接电容C1后接地，且电阻R1的另一端输出第一延时控制信号；

所述第二延时支路由电阻R2和电容C2并联而成，其中电阻R2的一端接所述第二同相控制信号，另一端连接电容C2后接地，且电阻R2的另一端输出第二延时控制信号；

所述第一延时控制信号及所述第二延时控制信号均与逻辑与门的输入端连接。

优选地，所述电阻R1和电阻R2的取相同值，通过调节设置所述电容C1和/或电容C2来实现第一同相控制信号及第二同相控制信号的延时长度。

本发明还提供了一种激光雷达，包括依次电连接的控制单元、MOS管、GaN管及垂直腔面发射激光器阵列，所述激光雷达还包括用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，所述控制单元输出驱动管控制信号，所述脉宽压缩控制电路结构接收所述驱动管控制信号后输出脉冲压缩控制信号，所述脉冲压缩控制信号依次通过MOS管及GaN管后驱动所述垂直腔面发射激光器阵列。

优选地，所述控制单元为MCU或FPGA或SPAD。

有益效果：本实用新型提供了一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构及激光雷达，其中脉宽压缩控制电路结构包括依次电连接的同相缓冲器、延时电路及逻辑与门；所述同相缓冲器用于接收驱动管控制信号以输出第一同相控制信号及第二同相控制信号；所述延时电路用于接收第一同相控制信号及第二同相控制信号后，输出两路延时控制信号，且两路所述延时控制信号之间具有延时长度；所述逻辑与门接收两路延时控制信号后输出脉冲压缩控制信号。通过转换电路可以将控制脉冲要压缩，从而使输出光脉宽达到更小，进而获得更大的瞬态脉冲功率。具体地通过在控制部分插入高速缓冲器以及延时器，在后级逻辑处获得压缩脉冲脉冲；电路简洁，功耗、成本低，在大批量产品使用中易于实现；脉宽压缩后，可实现更大瞬态电流驱动，获得更大瞬态输出光功率。从而使脉冲能够达到3～5ns的压缩，从而实现更大瞬态电流的驱动。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型提供的用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构原理框图；

图2为本实用新型提供的激光雷达原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，包括依次电连接的同相缓冲器、延时电路及逻辑与门；所述同相缓冲器用于接收驱动管控制信号以输出第一同相控制信号及第二同相控制信号；所述延时电路用于接收第一同相控制信号及第二同相控制信号后，输出两路延时控制信号，且两路所述延时控制信号之间具有延时长度；所述逻辑与门接收两路延时控制信号后输出脉冲压缩控制信号。通过转换电路可以将控制脉冲要压缩，从而使输出光脉宽达到更小，进而获得更大的瞬态脉冲功率。具体地通过在控制部分插入高速缓冲器以及延时器，在后级逻辑处获得压缩脉冲脉冲；电路简洁，功耗、成本低，在大批量产品使用中易于实现；脉宽压缩后，可实现更大瞬态电流驱动，获得更大瞬态输出光功率。从而使脉冲能够达到3～5ns的压缩，从而实现更大瞬态电流的驱动。

其中脉宽压缩控制电路采用同相缓冲器加上延时电路。从MCU/FPGA/SPAD发出的控制信号先经过同相缓冲器进行缓冲，然后经过延时电路进行延时，最后通过逻辑与门后形成脉冲压缩控制信号。

其中同相缓冲器具体为1驱2同相位高速缓冲器，输出两路信号：第一同相控制信号及第二同相控制信号。

延时电路，由RC匹配完成，也对应包括两路延时支路：

第一延时支路由电阻R1和电容C1并联而成，其中电阻R1的一端连接至同相缓冲器所输出的第一同相控制信号，另一端连接电容C1后接地；且电阻R1的另一端输出第一延时控制信号，所述第一延时控制信号与逻辑与门的输入端连接。

第二延时支路由电阻R2和电容C2并联而成，其中电阻R2的一端连接至同相缓冲器所输出的第二同相控制信号，另一端连接电容C2后接地，且电阻R2的另一端输出第二延时控制信号，所述第二延时控制信号与逻辑与门的输入端连接。

其中，电阻R1和电阻R2的取相同值，以保证两路高速波形阻抗相同。并通过调节电容C1和/或电容C2来实现第一同相控制信号及第二同相控制信号之间的延时长度。

最后，第一延时控制信号及经过高速逻辑与门后，得到实现压缩后的脉宽控制信号。该改进点可以实现极小脉宽压缩，引入的控制电路会增加一定延时，但该延时时固定的，可以在接收侧延时计算中增加校准轻易消除。

优选的方案，同相缓冲器Buffer是一种宽高比很大的mos管,宽高比大意味着电流大,驱动能力高。在扇出很大的wire中插入Buffer可以提高带负载能力。

需要指出的是，本申请所指缓冲寄存器又称缓冲器，本申请实施例所指代的同相缓冲器即为缓冲寄存器的一种。它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。缓冲主要用来完成介质液体或气体波动压力趋向于平稳的容器。

本实用新型实施例还提供了一种激光雷达，包括依次电连接的控制单元、MOS管、GaN管及垂直腔面发射激光器阵列，所述激光雷达还包括用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，所述控制单元输出驱动管控制信号，所述脉宽压缩控制电路结构接收所述驱动管控制信号后输出脉冲压缩控制信号，所述脉冲压缩控制信号依次通过MOS管及GaN管后驱动所述垂直腔面发射激光器阵列。

其中，驱动管控制信号来自于MCU/FPGA/SPAD，经过MOS、GaN管子电流放大，输出驱动VCSELArray(垂直腔面发射激光器阵列)，并在驱动管控制信号与输出驱动管之间增加脉宽压缩控制电路，使驱动电流以及光脉冲压缩到10ns以内。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，其特征在于，包括依次电连接的同相缓冲器、延时电路及逻辑与门；

所述同相缓冲器用于接收驱动管控制信号以输出第一同相控制信号及第二同相控制信号；

所述延时电路用于接收第一同相控制信号及第二同相控制信号后，输出两路延时控制信号，且两路所述延时控制信号之间具有延时长度；

所述逻辑与门接收两路延时控制信号后输出脉冲压缩控制信号。

2.根据权利要求1所述的用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，其特征在于，所述同相缓冲器为1驱2同相位缓冲器，所述1驱2同相位缓冲器接收驱动管控制信号，并输出第一同相控制信号及第二同相控制信号。

3.根据权利要求1所述的用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，其特征在于，所述延时电路包括第一延时支路及第二延时支路，所述第一延时支路接第一同相控制信号以输出第一延时控制信号，所述第二延时支路接第二同相控制信号以输出第二延时控制信号，所述第一延时控制信号与所述第二延时控制信号用于同时输入至所述逻辑与门，所述逻辑与门输出脉宽压缩控制信号，且

所述第一延时控制信号与所述第二延时控制信号之间具有延时长度。

4.根据权利要求3所述的用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，其特征在于，所述第一延时支路由电阻R1和电容C1并联而成，其中电阻R1的一端接所述第一同相控制信号，另一端连接电容C1后接地，且电阻R1的另一端输出第一延时控制信号；

所述第二延时支路由电阻R2和电容C2并联而成，其中电阻R2的一端接所述第二同相控制信号，另一端连接电容C2后接地，且电阻R2的另一端输出第二延时控制信号；

所述第一延时控制信号及所述第二延时控制信号均与逻辑与门的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，其特征在于，所述电阻R1和电阻R2的取相同值，通过调节设置所述电容C1和/或电容C2来实现第一同相控制信号及第二同相控制信号的延时长度。

6.一种激光雷达，包括依次电连接的控制单元、MOS管、GaN管及垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，所述激光雷达还包括如权利要求1-5任一项所述的用于激光雷达的脉宽压缩转换电路结构，所述控制单元输出驱动管控制信号，所述脉宽压缩控制电路结构接收所述驱动管控制信号后输出脉冲压缩控制信号，所述脉冲压缩控制信号依次通过MOS管及GaN管后驱动所述垂直腔面发射激光器阵列。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述控制单元为MCU或FPGA或SPAD。

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