DE112019006296T5

DE112019006296T5 - Schaltungsfehlererkennung für diodenarrays

Info

Publication number: DE112019006296T5
Application number: DE112019006296.4T
Authority: DE
Inventors: Rahim Akbari-Dilmaghani
Original assignee: Ams AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US11927644B2; CN113196073B; TW202041874A; WO2020126574A1; US20220065947A1; CN113196073A

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Schaltungsfehlererkennung für eine Diodenanordnung. Die Vorrichtung umfasst ein Diodenarray, eine Diodenarray-Testschaltung, die elektrisch mit dem Diodenarray gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass sie während eines Testmodus eine Schaltungsfehlererkennung durchführt, wenn eine Testeingangsspannung angelegt wird, wobei die Diodenarray-Testschaltung einen Eingangswiderstand, einen Eingangsspannungsknoten, eine gepufferte Verstärkerschaltung und eine Vielzahl von Verstärkerschaltungsschaltern umfasst. Die Vorrichtung enthält ferner einen Stromdetektor, der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt und so betreibbar ist, dass er während des Testmodus eine Strommessung des Pulslaserdiodenarrays bestimmt.

Description

HINTERGRUND
Light Detection and Ranging (LiDAR)-Systeme basieren auf Direct Time of Flight (DTOF) und werden in der Raumfahrtnavigation, Fließbandrobotik, Augmented und Virtual Reality (AR/VR), (drohnenbasierter) Überwachung, Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und autonomen Autos eingesetzt. Für die Sicherheit der Augen in LiDAR-Anwendungen ist eine Hochgeschwindigkeitsmessung des gepulsten Laserdiodenstroms erforderlich. Ein LiDAR-Sensor kann ein optisches Femerkundungsmodul enthalten, das die Entfernung zu einem Ziel oder zu Objekten in einer Szene messen kann, indem es das Ziel oder die Szene mit Licht bestrahlt, wobei Impulse (oder alternativ ein moduliertes Signal) von einem Laser verwendet werden und die Zeit gemessen wird, die Photonen benötigen, um zu dem Ziel oder der Landschaft zu gelangen und nach der Reflexion zu einem Empfänger im LiDAR-Modul zurückzukehren. Die reflektierten Pulse (oder modulierten Signale) werden detektiert, wobei die Laufzeit und die Intensität der Pulse (oder modulierten Signale) Maß für die Entfernung bzw. das Reflexionsvermögen des erfassten Objekts sind.
Herkömmliche LiDAR-Sensoren verwenden mechanisch bewegte Teile zum Scannen von Laserstrahlen. In einigen Systemen, einschließlich bestimmter Systeme, die in Automobilanwendungen verwendet werden, wie z. B. fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und autonome Fahrsysteme, wird die Verwendung von Festkörpersensoren aufgrund einer Vielzahl potenzieller Vorteile bevorzugt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf höhere Sensorzuverlässigkeit, längere Sensorlebensdauer, kleinere Sensorgröße, geringeres Sensorgewicht und niedrigere Sensorkosten.
Hochfrequenz (HF)-Verzögerungsleitungen, die für die Erstellung von Radar-Phased-Arrays verwendet werden, wurden vor mehreren Jahrzehnten für die Festkörpersteuerung von Radarsignalen eingesetzt. Auf photonischen integrierten Schaltungen (PIC) basierende Verzögerungsleitungen in Kombination mit Detektoren und HF-Antennen-Arrays wurden vor zwei Jahrzehnten zur Verbesserung der Präzision von Verzögerungen bei der Festkörpersteuerung von Radarsignalen eingesetzt. PICs mit Bauelementen im Mikro- und Nanomaßstab können verwendet werden, um optische Phased Arrays (OPAs), bestehend aus abstimmbaren optischen Verzögerungsleitungen und optischen Antennen, für die Festkörperlenkung von Laserstrahlen herzustellen. Phased Arrays können komplex und kostspielig sein und/oder einen anderen Zweck als Strahlformung und Strahlsteuerung haben.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Spezifikation beschreibt eine Anordnung zur schnellen und effizienten Erkennung von kurzzeitigen Fehlern in der gepulsten Laserdiodenanordnung, die in LiDAR-Anwendungen eingesetzt wird. Während des Fehlererkennungsmodus überwacht sie den Laserdiodenstrom unter Verwendung von Niederspannungs-Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Bauelementen (CMOS), die eine höhere Genauigkeit bieten und in Bezug auf Leistung und Chipfläche effizient sind.
Im Allgemeinen kann ein innovativer Aspekt des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands in einer Sensoranordnung zur Stromerfassung und Temperaturerfassung bei gleichzeitiger Stromerfassung von zwei Laserdioden verkörpert werden. Die Anordnung umfasst ein Diodenarray, eine Diodenarray-Testschaltung, die elektrisch mit dem Diodenarray gekoppelt und betreibbar ist, um eine Schaltungsfehlererkennung während eines Testmodus durchzuführen, wenn eine Testeingangsspannung angelegt wird, wobei die Diodenarray-Testschaltung einen Eingangswiderstand umfasst, der betreibbar ist, um einen Teststrom von dem Diodenarray zu durchlaufen, wobei die Diodenanordnung elektrisch mit einem unteren Ende des Eingangswiderstands gekoppelt ist, einem Eingangsspannungsknoten, wobei ein oberes Ende des Eingangswiderstands elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, einem gepufferten Verstärker mit einem Verstärker, der einen invertierenden Eingang aufweist, der elektrisch mit einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung und dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und einen nichtinvertierenden Eingang, der elektrisch mit der Testeingangsspannung gekoppelt ist, und eine Vielzahl von Verstärkerschaltungsschaltern, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist, und einen Stromdetektor, der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist und betreibbar ist, um während des Testmodus eine Strommessung des Diodenarrays zu bestimmen.
Einige Implementierungen beinhalten eines oder mehrere der folgenden Merkmale.
In einigen Implementierungen enthält der Stromdetektor einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass er ein analoges Ausgangssignal von der gepufferten Verstärkerschaltung in ein digitales Ausgangssignal umwandelt, und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP), die elektrisch mit einem Ausgang des ADC gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass sie aus dem digitalen Ausgangssignal einen Schaltungsfehler der Diodenanordnung erkennt. In einigen Implementierungen ist das digitale Ausgangssignal bezeichnend für einen Test-Fotostrom, der von der Diodenanordnung während des Testmodus erzeugt wird.
In einigen Implementierungen umfasst die Schaltkreisfehlererkennung die Erkennung eines offenen Schaltkreisfehlers. In einigen Implementierungen umfasst die Schaltkreisfehlererkennung die Erkennung eines Kurzschlussfehlers.
In einigen Implementierungen ist das Diodenarray ein Pulslaserdiodenarray und elektrisch mit einem Lasertreiber gekoppelt, wobei der Lasertreiber während einer Betriebsphase eingeschaltet ist und während des Testmodus ausgeschaltet ist.
In einigen Implementierungen enthält die Diodenarray-Testschaltung ferner einen ersten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem invertierenden Eingang des Verstärkers an einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung verbunden ist, und einen zweiten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und einem Verstärkerschaltungsschalter an einem zweiten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung verbunden ist. In einigen Implementierungen sind der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert, dass sie während des Testmodus in einen Ein-Zustand schalten, damit der Teststrom zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließen kann. In einigen Implementierungen sind der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert, dass sie während einer Betriebsphase in einen Aus-Zustand schalten, um zu verhindern, dass ein Betriebsstrom von der Diodenanordnung zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließt, wobei während der Betriebsphase eine Gleichstrom-Eingangsspannung durch einen Lasertreiber an die Diodenanordnung gepulst wird. In einigen Implementierungen sind der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter Hochspannungsvorrichtungen. In einigen Implementierungen enthält die Diodenarray-Testschaltung ferner einen zweiten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem ersten Eingangsschalter gekoppelt ist, und einen dritten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist.
In einigen Implementierungen umfasst die Mehrzahl der Schalter der Verstärkerschaltung mindestens einen Niederspannungsschalter und mindestens einen Hochspannungsschalter.
In einigen Implementierungen ist der Stromdetektor ferner so betreibbar, dass er feststellt, dass die Strommessung des Diodenarrays einen Fehlerpegel anzeigt, indem er feststellt, ob die Strommessung eine Fehlerschwelle überschreitet, indem er die Strommessung des Diodenarrays mit einem gemessenen Strom eines Referenzdiodenarrays vergleicht.
Im Allgemeinen kann ein innovativer Aspekt des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands in einem Verfahren zur Schaltungsfehlererkennung verkörpert werden, das das Anlegen einer Testeingangsspannung an einen Verstärker einer gepufferten Verstärkerschaltung, die sich in einer Diodenarray-Testschaltung befindet, die elektrisch mit dem Diodenarray gekoppelt ist, während eines Testmodus eines Diodenarrays, das Erfassen durch einen Stromdetektor, der elektrisch mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist, ein Ausgangssignal von dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung, Bestimmen eines Teststroms der Diodenanordnung durch den Stromdetektor und basierend auf dem Ausgangssignal, und Bestimmen, durch den Stromdetektor, ob der Teststrom einen Fehlerpegel der Diodenanordnung anzeigt, der eine Fehlerschwelle überschreitet.
Einige Implementierungen beinhalten eines oder mehrere der folgenden Merkmale.
In einigen Implementierungen zeigt der Ausfallgrad an, dass ein bestimmter Prozentsatz der Dioden in der Diodenanordnung ausgefallen ist.
In einigen Implementierungen enthält die Diodenarray-Testschaltung einen Eingangswiderstand, der so betrieben werden kann, dass er einen Teststrom von dem Diodenarray durchläuft, wobei das Diodenarray elektrisch mit einem unteren Ende des Eingangswiderstands gekoppelt ist, einen Eingangsspannungsknoten, wobei ein oberes Ende des Eingangswiderstands elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und eine Vielzahl von Verstärkerschaltungsschaltern, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist. In einigen Implementierungen umfasst die Vielzahl von Verstärkerschaltungsschaltern mindestens einen Niederspannungsschalter und mindestens einen Hochspannungsschalter. In einigen Implementierungen enthält der Verstärker einen invertierenden Eingang, der elektrisch mit einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung und dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und einen nichtinvertierenden Eingang, der elektrisch mit der Testeingangsspannung gekoppelt ist.
In einigen Implementierungen enthält die Diodenarray-Testschaltung ferner einen ersten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem invertierenden Eingang des Verstärkers an einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung verbunden ist, und einen zweiten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und einem Verstärkerschaltungsschalter an einem zweiten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung verbunden ist. In einigen Implementierungen sind der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert, dass sie während des Testmodus in einen Ein-Zustand schalten, damit der Teststrom zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließen kann. In einigen Implementierungen sind der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert, dass sie während einer Betriebsphase in einen Aus-Zustand schalten, um zu verhindern, dass ein Betriebsstrom von der Diodenanordnung zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließt, wobei während der Betriebsphase eine Gleichstrom-Eingangsspannung durch einen Lasertreiber an die Diodenanordnung gepulst wird. In einigen Implementierungen sind der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter Hochspannungsvorrichtungen.
In einigen Implementierungen enthält die Diodenarray-Testschaltung außerdem einen zweiten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem ersten Eingangsschalter verbunden ist, und einen dritten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem zweiten Eingangsschalter verbunden ist.
In einigen Implementierungen enthält der Stromdetektor einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass er ein analoges Ausgangssignal von der gepufferten Verstärkerschaltung in ein digitales Ausgangssignal umwandelt, und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP), die elektrisch mit einem Ausgang des ADC gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass sie aus dem digitalen Ausgangssignal einen Schaltungsfehler des Diodenarrays erkennt, wobei das digitale Ausgangssignal einen von dem Diodenarray während des Testmodus erzeugten Testfotostrom anzeigt.
In einigen Implementierungen ist das Diodenarray ein Pulslaserdiodenarray und elektrisch mit einem Lasertreiber gekoppelt, wobei der Lasertreiber während einer Betriebsphase eine Gleichstrom-Eingangsspannung an das Diodenarray pulsiert, wobei der Lasertreiber während des Testmodus einen Aus-Zustand aufweist.
In einigen Implementierungen wird die Fehlerschwelle durch Erfassen eines Strompegels eines Referenzlaserdioden-Arrays bestimmt.
Einige Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können so implementiert werden, dass sie einen oder mehrere der folgenden Vorteile realisieren. Bei LIDAR-Anwendungen sind Schaltungsanordnungen verschiedenen Belastungsbedingungen ausgesetzt (z. B. sehr hohen Strömen und großen Spannungstransienten), und daher wurden verschiedene Kurzschluss- und Leerlauf-Ausfallmodi beobachtet. Die hier beschriebene Prüfschaltungsanordnung und -methode ermöglicht es einer Prüfschaltungsanordnung, ausgefallene Dioden in einer Diodenanordnung zu erkennen und zu lokalisieren. Zusätzlich ist diese Technik nützlich, um von der Verfügbarkeit von Leistungsschaltern zu profitieren, die hohe Spannungen, z. B. 25 V, zulassen.
Kompakte, kostengünstige, gütegeschaltete diodengepumpte Festkörperlaser (DPPS) mit hoher Pulsenergie werden für viele Anwendungen benötigt, z. B. für Laserentfernungsmesser, Laserdesignatoren, Laserdurchbruchsspektroskopie und Laserzündung. In vielen dieser Anwendungen müssen die Laser bei hohen Temperaturen arbeiten, bei denen typische kantenemittierende Laserdioden-Pumplaser eine schlechte Zuverlässigkeit aufweisen. Hochleistungs-Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser-Arrays (VCSEL) haben sich als hervorragende Pumpquellen für diodengepumpte Festkörperlaser erwiesen. Zu ihren Hauptvorteilen gegenüber der bestehenden Edge-Emitter-Technologie gehören eine einfachere Koppeloptik, eine geringere Wellenlängenempfindlichkeit gegenüber der Temperatur und eine höhere Zuverlässigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, eine kostengünstige Herstellung und eine zweidimensionale planare Skalierbarkeit. VCSELs sind ein attraktiver Kandidat für IR-Beleuchtungsanwendungen, da sie vorteilhafte Eigenschaften wie Effizienz, einen intrinsisch geringen divergierenden Rundstrahl, eine kostengünstige Herstellung, ein schmales Emissionsspektrum und hohe Zuverlässigkeit bieten. VCSELs können auch bei hohen Temperaturen betrieben werden und erfüllen damit die rauen Umweltanforderungen vieler Beleuchtungen. Die Effizienz und Helligkeit dieser VCSELs reduzieren auch die Anforderungen an die Stromversorgung im Vergleich zu z.B. einem LED-Ansatz. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich die VCSEL-Technologie sehr gut für den Bau von kostengünstigen DPSS-Lasem mit hoher Pulsenergie. VCSELs können in Beleuchtungen von wenigen Watt bis zu mehreren hundert Watt eingesetzt werden. Die hier beschriebenen Prüfschaltungen sind in der Lage, die ausgefallenen Dioden im Diodenarray der VCSEL-Technologie zu erkennen und zu lokalisieren.
Die hier beschriebene Anordnung erlaubt es, die Kernstrommessblöcke auf verschiedene Laserdioden-Arrays aufzuteilen, was mehr Genauigkeit und Effizienz in Bezug auf die Chipfläche bietet.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

ist eine Beispielimplementierung einer Diodenprüfschaltung.
ist eine Beispielimplementierung einer gepulsten Laserdioden-Testschaltung.
ist eine Beispielimplementierung einer gepulsten Laserdioden-Testschaltung.
ist eine Beispielimplementierung einer gepulsten Laserdioden-Prüfschaltungsvorrichtung.

Gleiche Referenznummern und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenlegung beschreibt ein Beispiel für eine gepulste Laserdioden-Testschaltung, die eine Fehlererkennung bei offenem Kurzschluss in der Diodenanordnung ermöglicht. Gepulster Laserdiodenstrom in LIDAR-Anwendungen ist für die Sicherheit der Augen in LIDAR-Anwendungen erforderlich. Während der Lebensdauer eines Hochleistungsdiodenlasers können verschiedene Ereignisse auftreten, die unerwünschte Folgen haben. Zum Beispiel kann die Leistung des Lasers in einem solchen Ausmaß nachlassen, dass die Gesamtleistung des Systems beeinträchtigt wird. In solchen Situationen ist es typischerweise sinnvoll, das Einsetzen eines solchen Leistungsabfalls zu erkennen, damit der defekte Laser ausgetauscht oder andere Maßnahmen ergriffen werden können. Wenn ein Diodenlaser einen Ausfall des offenen Stromkreises erleidet, z. B. durch De-Laminierung oder Versagen der Verklebung, und unter der Annahme, dass der betreffende Diodenlaser zu einem Array gehört, in dem die Laser eine serielle elektrische Verbindung nutzen, kann der Ausfall des offenen Stromkreises dazu führen, dass das gesamte System Strom verliert. Wenn ein Diodenlaser einen Kurzschlussfehler erleidet, z. B. durch einen Riss im Laserbarren, können benachbarte Laser sowie angrenzende Systemkomponenten schwer beschädigt werden.
Die in diesem Dokument beschriebene Schaltungsanordnung stützt sich auf skalierte Strom-Spannungswerte durch und über ein Diodenarray, um den Zustand des Diodenarrays zu überprüfen, indem auf Schaltungsfehler geprüft wird. Darüber hinaus enthält die beispielhafte Schaltungsanordnung zum Testen von gepulsten Laserdioden einen integrierten Laserdiodentreiber für LIDAR-Anwendungen, der in Hochspannungs-CMOS-Technologien implementiert werden muss, um den mit parasitären Induktivitäten verbundenen erheblichen Spannungsabfall zu bekämpfen. Die Überprüfung des Zustands des Diodenarrays ermöglicht es, zuverlässige und genauere Niederspannungsgeräte für Messungen und Charakterisierungen zu verwenden. Aufgrund der hohen Ströme dieser Anwendungen ist es möglicherweise nicht möglich, festzustellen, welche spezifische Diode in einem großen Diodenarray (z. B. 128 Dioden oder mehr) ausgefallen ist. Die hier beschriebene Schaltungsanordnung kann jedoch auf der Grundlage der Stromberechnungen feststellen, dass ein bestimmter Prozentsatz der Dioden ausgefallen ist (z. B. >20 %). Der Schaltungshersteller kann auf der Grundlage dieser Ausfallschwelle bestimmen, wie viel Prozent der Dioden ausgefallen sind. Zum Beispiel, wenn die Ausfallschwelle auf größer oder gleich 20% eingestellt ist, oder wenn die Ausfallschwelle überschritten wird, dann ist eine Anzahl von Dioden ausgefallen, dass die gesamte Anordnung als ausgefallene Anordnung betrachtet werden würde. Stellt die Schaltungsanordnung z. B. fest, dass in einem 128-Dioden-Array mindestens 30 Dioden ausgefallen sind (d. h. 23,4 %), dann würde das Dioden-Array als ausgefallen betrachtet werden.
Zusätzlich kann das hier beschriebene Beispielgerät für gepulste Laserdioden-Testschaltungen von der Verfügbarkeit von Hochspannungsschaltern profitieren. Zum Beispiel ein hoher Spitzenstrombereich bis zu 5-10A mit einer entsprechend schnellen Anstiegszeit von Ins oder weniger, einer Abfallzeit von 2 ns und einer Pulsdauer von 3-20 ns. Somit kann die hier beschriebene vorgeschlagene Vorrichtung und Methode sehr hohe Sperrschichtspannungen des Laserdiodenarrays herunterskalieren und folglich verfügbare Niederspannungs-CMOS-Bauelemente verwenden, die genauer und effizienter in Bezug auf Leistung und Chipfläche sind.
Unter verschiedenen Belastungsbedingungen (z. B. sehr hoher Strom und große Spannungstransienten) wurden in Laserdioden mit der hier beschriebenen Schaltungsanordnung Kurzschluss- und Leerlauffehler beobachtet. Zum Beispiel kann die Diodenspannung durch sehr schnelle und kurze Hochstrompulse (z.B. 6A-10A) auf hohe Spannungswerte (z.B. 20V-30V) ansteigen. In diesem Dokument wird eine Anordnung beschrieben, die die Erkennung und Lokalisierung der ausgefallenen Dioden im Diodenarray optimiert, wenn der Lasertreiber ausgeschaltet ist (z. B. die Eingangsspannungsquelle, wie ein Lasertreiber, ausgeschaltet ist). Darüber hinaus ermöglicht die hier beschriebene Schaltungsanordnung die Möglichkeit, die Messung für zwei Diodenarrays gleichzeitig differenziell zu verarbeiten, um die Temperaturschwankungen des Diodenstroms zu berücksichtigen.
Zusätzlich wird in diesem Dokument eine Anordnung beschrieben, die eine Schaltungsanordnung mit geringer Komplexität in Bezug auf die benötigte Die-Anzahl optimiert, was für die Realisierung von NxN-VCSEL-Arrays, die in LIDAR-Anwendungen benötigt werden, wichtig ist, da sich gezeigt hat, dass für Time-of-Flight-Anwendungen hohe Leistungen und viele kurze Pulse benötigt werden.
Diese Funktionen sowie weitere Funktionen werden im Folgenden näher beschrieben.
ist eine Beispielimplementierung eines Schaltplans einer Prüfschaltungsanordnung 100. Die Testschaltungsanordnung 100 enthält eine Diodenarray-Testschaltung 102, die elektrisch mit einer Diode 130 gekoppelt ist, wie dargestellt. Die Testschaltungsanordnung 100 kann während eines Fehlererkennungsmodus (hier auch als „Testmodus“ bezeichnet) betrieben werden, um einen Leerlauf-Kurzschluss-Fehler in der Diode 130 zu erkennen. Diese Komponenten können als integrierte Schaltung implementiert sein. In einigen Ausführungsformen wird die Prüfschaltungsanordnung 100 als LiDAR-System verwendet.
Die Diodenarray-Testschaltung 102 umfasst einen Eingangswiderstand (R1) 106, einen Eingangsspannungsknoten (VR) 104, eine gepufferte Verstärkerschaltung 140 und einen Stromdetektor 120. In einigen Implementierungen ist der Stromdetektor 120 in der Diodenarray-Testschaltung 102 enthalten, wie dargestellt. Alternativ dazu ist der Stromdetektor 120 eine separate Komponente der Diodenarray-Testschaltung 102. Zusätzlich kann der Stromdetektor 120 den Strom von mehr als einer Diodenarray-Testschaltung 102 überwachen, wie unten in weiter beschrieben.
Die gepufferte Verstärkerschaltung 140 enthält einen Verstärker 110 und eine Vielzahl von Schaltern (z. B. MN1, MP1, MP2 und MP3, wie in gezeigt). In einigen Implementierungen sind die Schalter (MN1, MP1, MP2 und MP3) MOSFETS. Jeder Schalter umfasst einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, und der dritte Anschluss des ersten Schalters empfängt ein Steuersignal, das den ersten Schalter entweder in einen geschlossenen Zustand versetzt, in dem ein Leitungspfad zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss hergestellt wird, oder in einen offenen Zustand, in dem der Leitungspfad zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss aufgehoben ist. In einigen Implementierungen arbeitet jeder Schalter bei einer Betragsgrenze für die Schaltspannung von im Wesentlichen der Hälfte der Eingangsgleichspannung.
Der Verstärker 110 enthält einen invertierenden Eingang, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten 104 gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Eingang, der elektrisch mit einer Eingangsspannung (VB) gekoppelt ist, und einen Ausgang, der elektrisch mit dem Schalter MN1 gekoppelt ist. Der Eingangsspannungsknoten 104 ist elektrisch mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 110, mit einem Ende des Eingangswiderstands (R1) 106 und mit dem Schalter MP2 in der gepufferten Verstärkerschaltung 140 gekoppelt.
Der Stromdetektor 120 kann analoge Signale von der gepufferten Verstärkerschaltung 140 empfangen, um einen Stromwert zu berechnen. Der Stromdetektor 120 kann auf der Grundlage der erfassten Stromwerte feststellen, ob die Diode 130 ausgefallen ist. Der Stromdetektor kann z. B. Kurzschluss- und Leerlauffehler erkennen. In einigen Implementierungen kann der Stromdetektor einen Analog-Digital-Wandler (ADC) und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) enthalten, die weiter unten in beschrieben werden. In einigen Implementierungen können auch andere Komponenten oder Schaltungen zur Stromerkennung verwendet werden. Die Diode 130 ist elektrisch mit dem Eingangswiderstand 106 der Diodenarray-Testschaltung 102 gekoppelt. Die Diode 130 erzeugt einen Fotostrom _IPD. Der Fotostrom _IPD fließt durch die Fotodiode 130 und zur Diodenarray-Testschaltung 102 über den Eingangswiderstand (R1) 106, zur gepufferten Verstärkerschaltung 140 und zum Stromdetektor 120. Der Eingangswiderstand 106 ist in der Lage, den gepulsten Laserstrom zur Diode 130 zu leiten. Aufgrund der geschlossenen Schleifenanordnung der gepufferten Verstärkerschaltung 140 zwingen der Schalter MP1 und der Schalter MP2 die Eingangsknotenspannung VR, der Eingangsspannung VB zu entsprechen. Daher ist der Teststrom _Imonitor, der vom Stromdetektor 120 am Schalter MP3 der Diodenarray-Testschaltung 102 gemessen wird, umgekehrt proportional zum Eingangswiderstand (R1) 106 und proportional zur effektiven Fläche der Diode 130. Der Teststrom _Imonitor kann durch die Gleichung berechnet werden: $I_{M o n i t o r} = \frac{V_{R} - V_{D i o d e}}{R 1} wobei V_{R} = V_{B}$
ist eine beispielhafte Implementierung eines Schaltplans einer Prüfschaltungsanordnung 200. Die Testschaltungsanordnung 200 hat eine ähnliche Topologie wie die in gezeigte Testschaltungsanordnung 100, mit der Ausnahme, dass das Pulslaserdioden-Array 230 elektrisch mit der Diodenarray-Testschaltung 102 anstelle der Diode 130 wie in gezeigt gekoppelt ist. Die Diodenarray-Testschaltung 102 ist ferner in der Lage, während eines Testmodus einen Leerlauf-Kurzschluss-Fehler in dem Pulslaserdiodenarray 230 zu erkennen. In einigen Ausführungsformen wird die Prüfschaltungsanordnung 200 als LiDAR-System verwendet.
Das Pulslaserdioden-Array 230 ist elektrisch mit dem Eingangswiderstand 106 der Diodenarray-Testschaltung 102 gekoppelt. Das Impulslaserdioden-Array 230, wie in dargestellt, umfasst eine Vielzahl von Fotodioden 232a, 232b, 232n, 234a, 234b, 234n, etc. (hier auch als Fotodioden 232, 234 bezeichnet). Das Pulslaserdioden-Array 230 erzeugt einen Fotostrom _IPD. Der Fotostrom _IPD fließt durch jede Fotodiode 232, 234 und die Diodenarray-Testschaltung 102 (z. B. durch den Eingangswiderstand 106, zur gepufferten Verstärkerschaltung 140) zum Stromdetektor 120. Der Eingangswiderstand 106 ist in der Lage, den gepulsten Laserstrom zum Pulslaserdiodenarray 230 zu leiten.
Wie in dargestellt, wird eine DC-Eingangsspannung von einem Lasertreiber 235 gepulst und dem Pulslaserdioden-Array 230 zugeführt. Der gepulste Lasertreiber 235 ist in der Lage, eine Gleichstrom-Eingangsspannung von einer Eingangsstromversorgung (nicht dargestellt) zu pulsieren. Das gepulste Mehrkanalsystem kann beispielsweise einen Spitzenstrom von bis zu 10 A und eine entsprechende schnelle Anstiegszeit von 1 ns oder weniger sowie eine Pulsdauer von 3 ns liefern. In einigen Implementierungen können die Eingangsimpulse eine unterschiedliche Anstiegs-/Abfallzeit und Pulsbreitenmodulationen aufweisen. Beispielsweise kann die Anstiegs-/Abfallzeit zwischen 600 ps und 2 ns liegen, und die Pulsbreite kann zwischen 3 ns und 20 ns liegen. In einigen Implementierungen kann die Spannungsversorgung für den Lasertreiber 235 ein Bereich für die gewählte CMOS-Technologie sein. Zum Beispiel kann die VDD-Eingangsspannung der Stromversorgung für das in gezeigte beispielhafte Impulslaserdioden-Strommessgerät 200 im Bereich von 20V bis 25V liegen.
Wie für die Prüfschaltungsanordnung 100 besprochen, erzwingt die geschlossene Schleifenanordnung über die gepufferte Verstärkerschaltung 140, den Schalter MP1 und den Schalter MP2, dass die Eingangsknotenspannung _VR _der Eingangsspannung VB entspricht. Daher ist der Prüfstrom _Imonitor durch den Schalter MP3 der Diodenarray-Prüfschaltung 102 umgekehrt proportional zum Eingangswiderstand (R1) 106 und proportional zur effektiven Fläche des Pulslaserdiodenarrays 230, wie hier besprochen.
In einigen Implementierungen ist das Pulslaserdioden-Array 230 als externe Komponente mit dem integrierten Schaltkreis verbunden. Alternativ kann das Pulslaserdioden-Array 230 in einigen Ausführungsformen ein Teil der integrierten Schaltung sein. Die Pulslaserdioden-Testschaltungsvorrichtung kann als eine Pulslaserdioden-Testanordnung betrachtet werden. In einigen Ausführungsformen wird die gepulste Laserdioden-Strommessanordnung als Testschaltung für ein LiDAR-System verwendet.
ist eine beispielhafte Implementierung eines Schaltplans einer Prüfschaltungsanordnung 300. Die Testschaltungsanordnung enthält eine Diodenarray-Testschaltung 302, die elektrisch mit einem Pulslaserdiodenarray 330 gekoppelt ist, wie gezeigt. Die Diodenarray-Testschaltung 302 ist in der Lage, während eines Testmodus den Zustand des Pulslaserdiodenarrays 330 zu überwachen, indem Leerlauf-Kurzschluss-Fehler unter Verwendung des Stromdetektors 320 erkannt werden. Diese Komponenten können als integrierte Schaltung implementiert werden. In einigen Ausführungsformen wird die Testschaltungsanordnung 300 als LiDAR-System verwendet.
Die Diodenarray-Testschaltung 302 umfasst einen Eingangswiderstand (R1) 306, einen Eingangsspannungsknoten (VR) 304, eine gepufferte Verstärkerschaltung 340 und einen Stromdetektor 320. In einigen Implementierungen und wie in gezeigt, enthält die Diodenarray-Testschaltung 302 einen Sekundärwiderstand R2, einen Tertiärwiderstand R3 und einige zusätzliche Schalter (MN3, MP2 und MP6), die sich außerhalb der gepufferten Verstärkerschaltung 340 befinden, die hier weiter erläutert wird. In einigen Implementierungen ist der Stromdetektor 320 in der Diodenarray-Testschaltung 302 enthalten, wie gezeigt. Alternativ dazu ist der Stromdetektor 320 eine separate Komponente der Diodenarray-Testschaltung 302. Außerdem kann der Stromdetektor 320 den Strom von mehr als einer Diodenarray-Testschaltung 302 überwachen, wie unten in weiter beschrieben.
Die gepufferte Verstärkerschaltung 340 enthält einen Verstärker 310 und eine Vielzahl von Schaltern (z. B. MN1, MN2, MP1, MP3, MP4 und MP5, wie in gezeigt). Darüber hinaus umfasst die Diodenarray-Testschaltung 302 zusätzliche Schalter (z. B. MN3, MP2 und MP6) und Widerstände (z. B. R2 und R3). In einigen Implementierungen sind die Schalter (MN1, MN2, MN3, MP1, MP2, MP3, MP4, MP5 und MP6) MOSFETS. Jeder Schalter umfasst einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, und der dritte Anschluss des ersten Schalters empfängt ein Steuersignal, das den ersten Schalter entweder in einen geschlossenen Zustand versetzt, in dem ein Leitungspfad zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss hergestellt wird, oder in einen offenen Zustand, in dem der Leitungspfad zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss aufgehoben ist. In einigen Implementierungen arbeitet jeder Schalter bei einer Betragsgrenze für die Schaltspannung von im Wesentlichen der Hälfte der Eingangsgleichspannung.
Der Verstärker 310 enthält einen invertierenden Eingang, der über den Schalter MN3 und den Sekundärwiderstand R2 elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten 304 gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Eingang, der elektrisch mit einer Eingangsspannung (VB) gekoppelt ist, und einen Ausgang, der elektrisch mit dem Schalter MN1 gekoppelt ist. Der Eingangsspannungsknoten 304 ist elektrisch mit einem Ende des Sekundärwiderstands R2, mit einem Ende des Eingangswiderstands (R1) 306 und über den Tertiärwiderstand R3 mit dem Schalter MP2 gekoppelt.
Der Stromdetektor 320 kann analoge Signale von der gepufferten Verstärkerschaltung 340 über den Schalter MP6 empfangen, um einen Stromwert zu berechnen. Der Stromdetektor 320 kann basierend auf den erfassten Stromwerten bestimmen, ob das Pulslaserdioden-Array 330 ausgefallen ist (offener Stromkreis oder Kurzschluss). Der Stromdetektor kann z. B. den Zustand des Pulslaserdioden-Arrays 330 überprüfen, wie z. B. das Erkennen von Kurzschluss- und Leerlauffehlern während eines Testmodus. Der Stromdetektor 320 umfasst einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 322 und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) 324.
Der ADC 322 wandelt ein analoges Signal in ein digitales Signal um. Der ADC 322 ist, wie in dargestellt, elektrisch mit dem Schalter MP6 gekoppelt, der über den Schalter MP5 mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung 340 verbunden ist. Der ADC 322 empfängt die analogen Signale vom Schalter MP6 und wandelt diese analogen Signale in entsprechende digitale Signale um. Der ADC 322 ist elektrisch mit der DSP-Einheit 324 gekoppelt, und der ADC 322 ist in der Lage, die jeweiligen digitalen Signale an die DSP-Einheit 324 zu senden. In einigen Ausführungsformen ist das digitale Ausgangssignal des ADC 322 bezeichnend für den von der Pulslaserdiodenanordnung 330 erzeugten Fotostrom.
Die DSP-Einheit 324 ist elektrisch mit dem Ausgang des ADC 322 gekoppelt. Die DSP-Einheit 324 ist in der Lage, aus den empfangenen digitalen Ausgangssignalen des ADC 322 den Kurzschlussfehler in der Pulslaserdiodenanordnung 330 zu erkennen. Zum Beispiel analysiert die DSP-Einheit 324 die digitalen Signale vom ADC 322 und kann feststellen, dass das Pulslaserdioden-Array 330 ausgefallene Dioden enthält. Wenn die DSP-Einheit 324 z. B. feststellt, dass der Strom unter einem Schwellenstrom liegt, der durch ein Referenzlaserdiodenarray (z. B. Referenzlaserdiodenarray 430b in , wie hierin weiter erläutert) definiert ist, würde dies als ausgefallener detektierter Stromkreis betrachtet werden, da 30 % der Dioden im Array fehlen oder nicht ordnungsgemäß funktionieren. In einem anderen Beispiel würde, wenn die DSP-Einheit 324 feststellt, dass der Strom größer ist als ein durch das Referenzlaserdiodenarray definierter Schwellenstrom, das Laserdiodenarray 330 als ausgefallener Kurzschlussstromkreis betrachtet werden, da etwa 30 % der Dioden im Laserdiodenarray 330 fehlen oder nicht ordnungsgemäß funktionieren.
Im Betrieb ist während eines Testmodus ein Betriebsmodus oder aktiver Modus für das Pulslaserdiodenarray 330 ausgeschaltet (z. B. der Lasertreiber 335 ist ausgeschaltet) und eine Testspannung (VB) wird an den Verstärker 310 der gepufferten Verstärkerschaltung 340 angelegt. So wird beispielsweise keine Eingangsgleichspannung vom Lasertreiber 335 an die Diodenanordnung 330 gepulst. Mit anderen Worten, die Diodenarray-Testschaltung 302 prüft den Zustand des Pulslaserdiodenarrays 330, wenn das Pulslaserdiodenarray 330 nicht in Gebrauch ist und der gepulste Lasertreiber 335 ausgeschaltet ist. Während des normalen Betriebs (z. B. während eines Betriebsmodus) des Pulslaserarrays 330 (z. B. ist der gepulste Lasertreiber 335 eingeschaltet und betriebsbereit, und eine DC-Eingangsspannung wird durch den Lasertreiber 335 an das Diodenarray 330 gepulst) wird die Diodenarray-Testschaltung 302 mithilfe der Steuerschalter MN2, MN3, MP1, MP2 und MP6 ausgeschaltet. Während des Testmodus wird die Diodenarray-Testschaltung 302 mit denselben Steuerschaltern MN2, MN3, MP1, MP2 und MP6 eingeschaltet und bewertet den Zustand des gepulsten Laserarrays 330 durch Überwachung des Strompegels durch den Stromdetektor 320.
In einigen Implementierungen sind der Verstärker 310 und die Schalter MN1, MP3, MP4 und MP5 Niederspannungsgeräte, und die Schalter MN2, MN3, MP1, MP2 und MP6 sind Hochspannungsgeräte. In einigen Implementierungen sind der Verstärker 310 und alle Schalter Niederspannungsgeräte. In einigen Implementierungen sind der Sekundärwiderstand R2 und der Tertiärwiderstand R3 nicht enthalten. In der Beispielimplementierung, wie in dargestellt, sind der Sekundärwiderstand R2 und der Tertiärwiderstand R3 als Spannungsteilerschaltung in Bezug auf die Eingangsspannung am Eingangsspannungsknoten (VR) 304 enthalten.
In einigen Implementierungen wird zur Erkennung von Schaltungsfehlern des Pulslaserdiodenarrays 330 von der Diodenarray-Testschaltung 302 während des Testmodus (z. B. wenn der Pulslasertreiber 335 ausgeschaltet ist) durch die Schalter MP2 und MN3 die gepufferte Verstärkerschaltung 340 für die Diodenarrayelemente 332, 334 des Pulslaserdiodenarrays 330 freigegeben.
In einigen Implementierungen wird während des Betriebs eines Testmodus eine Testeingangsspannung an den Verstärker 310 der gepufferten Verstärkerschaltung 340 angelegt, die sich in einer Diodenarray-Testschaltung 302 befindet. Als nächstes wird ein Ausgangssignal durch den Stromdetektor 320 vom Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung 340 erfasst, wobei der Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung 340 elektrisch mit einem Verstärkerschaltungsschalter und einem zusätzlichen Ausgangsschalter gekoppelt ist, der sich außerhalb der gepufferten Verstärkerschaltung 340 befindet. Wie in dargestellt, ist der Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung 340 beispielsweise mit dem Verstärkerschaltungsschalter MP5 und dem Ausgangsschalter MP6 gekoppelt. Der Testbetrieb wird fortgesetzt, indem der Stromdetektor auf der Grundlage des Ausgangssignals einen Teststrom des Diodenarrays ermittelt. Dann bestimmt der Stromdetektor, ob der Teststrom ein Ausmaß des Ausfalls des Diodenarrays anzeigt, das eine Ausfallschwelle überschreitet. Die Ausfallschwelle des Diodenarrays kann durch Messung des Stroms des Referenzlaserdiodenarrays 430b bestimmt werden.
ist eine beispielhafte Implementierung eines Schaltplans einer Prüfschaltungsanordnung 400. Die Prüfschaltungsanordnung umfasst zwei Diodenarray-Testschaltungen 402a,b, die jeweils elektrisch mit einem Diodenarray 430a,b gekoppelt sind, und jede Diodenarray-Testschaltung 402a,b ist elektrisch mit demselben Stromdetektor 420 gekoppelt. In der in dargestellten Beispielimplementierung ist die Diodenanordnung 430b jedoch eine Referenzdiodenanordnung 430b. Die Referenzdiodenanordnung 430b wird verwendet, um einen Referenzstrom zum Vergleich mit dem Messstrom der Diodenanordnung 430a zu erzeugen. Das Referenz-Laserdiodenarray 430b wird nicht von einem gepulsten Lasertreiber angesteuert. Diese Komponenten können als integrierte Schaltung implementiert werden. In einigen Ausführungsformen wird die Prüfschaltungsanordnung 400 als LiDAR-System verwendet.
Jede der Diodenarray-Testschaltungen 402a,b kann während eines Testmodus den Zustand des jeweiligen Pulslaserdiodenarrays 430 durch Erkennung von Leerlauf-Kurzschluss-Fehlern unter Verwendung des Stromdetektors 420 überwachen. Die Diodenarray-Testschaltungen 402a,b ähneln der Diodenarray-Testschaltung 302 in , außer dass der Stromdetektor 420 nicht als Teil der Testschaltung enthalten ist und stattdessen eine separate Komponente ist, die in der Lage ist, Strom von mehr als einer Diodenarray-Testschaltung zu erfassen. Wie in dargestellt, ist der Stromdetektor 420 elektrisch mit den Diodenarray-Testschaltungen 402a,b gekoppelt. Die Diodenarray-Testschaltung 402b enthält jedoch das Referenzdiodenarray 430b. In einigen Implementierungen können, um einen Temperatureffekt zu berücksichtigen, zwei Diodenarrays gleichzeitig überwacht werden. Im Betrieb überwacht der Stromdetektor 420 den Strom des Referenzdiodenarrays 430b durch die Testschaltung 402b, um einen Testfehlerschwellenwert zu bestimmen, dann überwacht der Stromdetektor 420 den Strom des Diodenarrays 430a durch die Testschaltung 402a, um zu bestimmen, ob der Teststrom des Diodenarrays 430a einen Fehlerschwellenwert überschreitet, der durch den von dem Referenzdiodenarray 430b gemessenen Strom bestimmt wird. Alternativ überwacht der Stromdetektor 420 zuerst den Strom des Pulslaserdiodenarrays 430a durch die Testschaltung 402a, dann überwacht der Stromdetektor 420 den Strom des Referenzdiodenarrays 430b durch die Testschaltung 402b, um zu bestimmen, ob der Teststrom von dem Diodenarray 430a einen Fehlerschwellwert überschreitet, der durch den von dem Referenzdiodenarray 430b gemessenen Strom bestimmt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann der Stromdetektor Strompegel von mehreren verschiedenen Pulslaserdioden-Arrays durch mehrere verschiedene Diodenarray-Testschaltungen erfassen, wobei jede jeweilige Diodenarray-Testschaltung mit einem anderen jeweiligen Pulslaserdioden-Array verbunden ist. In einigen Implementierungen kann eine einzelne Diodenarray-Testschaltung mit mehreren Pulslaserdiodenarrays verbunden sein. Zusätzlich kann mehr als eine Referenzdiodenanordnung verwendet werden, um verschiedene Referenzströme zum Vergleich mit der einen oder mehreren Diodenanordnungen zu erzeugen, die von der Diodenanordnungs-Testschaltung getestet werden.
Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands und der Vorgänge können in digitalen elektronischen Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihrer strukturellen Äquivalente, oder in Kombinationen von einem oder mehreren davon. Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können als ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, die auf einem Computerspeichermedium zur Ausführung durch ein Datenverarbeitungsgerät oder zur Steuerung des Betriebs eines solchen Geräts kodiert sind.
Obwohl diese Spezifikation viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs von Merkmalen oder dessen, was beansprucht werden kann, verstanden werden, sondern als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungsformen spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und sogar ursprünglich als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Auch wenn in den Zeichnungen Vorgänge in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, ist dies nicht unbedingt so zu verstehen, dass diese Vorgänge in der gezeigten Reihenfolge oder in sequenzieller Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Vorgänge ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus ist die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so zu verstehen, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es ist davon auszugehen, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder in mehrere Softwareprodukte verpackt werden können.
Es wurden also bestimmte Ausführungsformen des Gegenstands beschrieben. In einigen Fällen können die in den Ansprüchen genannten Handlungen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und dennoch wünschenswerte Ergebnisse erzielen. Darüber hinaus erfordern die in den begleitenden Figuren dargestellten Prozesse nicht unbedingt die dargestellte Reihenfolge oder die sequentielle Reihenfolge, um wünschenswerte Ergebnisse zu erzielen. In bestimmten Implementierungen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Dementsprechend fallen andere Implementierungen in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche.
Was beansprucht wird, ist:

Claims

Vorrichtung, umfassend: ein Diodenarray; eine Diodenarray-Testschaltung, die elektrisch mit dem Diodenarray gekoppelt ist und betreibbar ist, um eine Schaltungsfehlererkennung während eines Testmodus durchzuführen, wenn eine Testeingangsspannung angelegt wird, wobei die Diodenarray-Testschaltung umfasst: einen Eingangswiderstand, der so betrieben werden kann, dass er einen Teststrom von der Diodenanordnung durchläuft, wobei die Diodenanordnung elektrisch mit einem unteren Ende des Eingangswiderstands verbunden ist; einen Eingangsspannungsknoten, wobei ein oberes Ende des Eingangswiderstands elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist; eine gepufferte Verstärkerschaltung mit: einen Verstärker mit: einen invertierenden Eingang, der elektrisch mit einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung und dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und einen nicht-invertierenden Eingang, der elektrisch mit der Testeingangsspannung gekoppelt ist; und eine Mehrzahl von Verstärkerschaltungsschaltern, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist; und einen Stromdetektor, der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt und so betreibbar ist, dass er während des Testmodus eine Strommessung der Diodenanordnung bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromdetektor umfasst: einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass er ein analoges Ausgangssignal der gepufferten Verstärkerschaltung in ein digitales Ausgangssignal umwandelt, und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP), die elektrisch mit einem Ausgang des ADC gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass sie aus dem digitalen Ausgangssignal einen Schaltungsfehler der Diodenanordnung erkennt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das digitale Ausgangssignal einen Test-Photostrom anzeigt, der von der Diodenanordnung während des Testmodus erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schaltkreisfehlererkennung die Erkennung eines offenen Schaltkreisfehlers umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schaltkreisfehlererkennung die Erkennung eines Kurzschlussfehlers umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Diodenarray ein Pulslaserdiodenarray ist und elektrisch mit einem Lasertreiber gekoppelt ist, wobei der Lasertreiber während einer Betriebsphase eingeschaltet ist und während des Testmodus ausgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Diodenarray-Testschaltung weiterhin umfasst: einen ersten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem invertierenden Eingang des Verstärkers an einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung verbunden ist; und einen zweiten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und einen Verstärkerschaltungsschalter an einem zweiten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert sind, dass sie während des Testmodus in einen Ein-Zustand schalten, damit der Teststrom zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert sind, dass sie während einer Betriebsphase in einen Aus-Zustand schalten, um zu verhindern, dass ein Betriebsstrom von der Diodenanordnung zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließt, wobei während der Betriebsphase eine Gleichstrom-Eingangsspannung durch einen Lasertreiber an die Diodenanordnung gepulst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter Hochspannungsgeräte sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Diodenarray-Testschaltung weiterhin umfasst: einen zweiten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem ersten Eingangsschalter gekoppelt ist; und einen dritten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vielzahl von Verstärkerschaltungsschaltern mindestens einen Niederspannungsschalter und mindestens einen Hochspannungsschalter umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Stromdetektor ferner betreibbar ist, um zu bestimmen, dass die Strommessung des Diodenarrays einen Grad des Ausfalls anzeigt, indem bestimmt wird, ob die Strommessung eine Ausfallschwelle überschreitet, indem die Strommessung des Diodenarrays mit einem gemessenen Strom eines Referenzdiodenarrays verglichen wird.
Verfahren zur Erkennung von Schaltungsfehlern, umfassend: Anlegen einer Testeingangsspannung an einen Verstärker einer gepufferten Verstärkerschaltung, die sich in einer Diodenarray-Testschaltung befindet, die elektrisch mit dem Diodenarray gekoppelt ist, während eines Testmodus eines Diodenarrays; Erfassen eines Ausgangssignals vom Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung durch einen Stromdetektor, der elektrisch mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist; Bestimmen eines Prüfstroms der Diodenanordnung durch den Stromdetektor und basierend auf dem Ausgangssignal; und Bestimmen, durch den Stromdetektor, ob der Teststrom ein Ausmaß des Ausfalls des Diodenarrays anzeigt, das eine Ausfallschwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Grad des Ausfalls anzeigt, dass ein bestimmter Prozentsatz der Dioden in der Diodenanordnung ausgefallen ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Diodenarray-Testschaltung umfasst: einen Eingangswiderstand, der so betrieben werden kann, dass er einen Teststrom von der Diodenanordnung durchläuft, wobei die Diodenanordnung elektrisch mit einem unteren Ende des Eingangswiderstands verbunden ist; einen Eingangsspannungsknoten, wobei ein oberes Ende des Eingangswiderstands elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist; und eine Mehrzahl von Verstärkerschaltungsschaltern, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, wobei mindestens ein Verstärkerschaltungsschalter elektrisch mit einem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Mehrzahl von Verstärkerschaltungsschaltern mindestens einen Niederspannungsschalter und mindestens einen Hochspannungsschalter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Verstärker einen invertierenden Eingang aufweist, der elektrisch mit einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung und dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und einen nichtinvertierenden Eingang, der elektrisch mit der Testeingangsspannung gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Diodenarray-Testschaltung weiterhin umfasst: einen ersten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem invertierenden Eingang des Verstärkers an einem ersten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung verbunden ist; und einen zweiten Eingangsschalter, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten gekoppelt ist, und einen Verstärkerschaltungsschalter an einem zweiten Eingang der gepufferten Verstärkerschaltung; wobei der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert sind, dass sie während des Testmodus in einen Ein-Zustand schalten, damit der Teststrom zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließen kann; wobei der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter so konfiguriert sind, dass sie während einer Betriebsphase in einen Aus-Zustand schalten, um zu verhindern, dass ein Betriebsstrom von der Diodenanordnung zu der gepufferten Verstärkerschaltung fließt, wobei während der Betriebsphase eine Gleichstrom-Eingangsspannung durch einen Lasertreiber zu der Diodenanordnung gepulst wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der erste Eingangsschalter und der zweite Eingangsschalter Hochspannungsgeräte sind.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Diodenarray-Testschaltung weiterhin umfasst: einen zweiten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem ersten Eingangsschalter gekoppelt ist; und einen dritten Eingangswiderstand, der elektrisch mit dem Eingangsspannungsknoten und dem zweiten Eingangsschalter gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei der Stromdetektor umfasst: einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der elektrisch mit dem Ausgang der gepufferten Verstärkerschaltung gekoppelt ist und so betrieben werden kann, dass er ein analoges Ausgangssignal der gepufferten Verstärkerschaltung in ein digitales Ausgangssignal umwandelt; und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP), die elektrisch mit einem Ausgang des ADC gekoppelt und so betreibbar ist, dass sie aus dem digitalen Ausgangssignal einen Schaltungsfehler des Diodenarrays erkennt, wobei das digitale Ausgangssignal einen von dem Diodenarray während des Testmodus erzeugten Testfotostrom anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das Diodenarray ein Pulslaserdiodenarray ist und elektrisch mit einem Lasertreiber gekoppelt ist, wobei der Lasertreiber während einer Betriebsphase eine Gleichstrom-Eingangsspannung an das Diodenarray pulsiert, wobei sich der Lasertreiber während des Testmodus in einem ausgeschalteten Zustand befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei die Ausfallschwelle durch Erfassen eines Strompegels eines Referenzlaserdiodenarrays bestimmt wird.