FR3097332A1 - Circuit de commande à grande vitesse et à forte puissance d’émetteur de lumière optique - Google Patents

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Abstract

Circuit de commande à grande vitesse et à forte puissance d’émetteur de lumière optique La présente invention concerne un circuit de commande d’un émetteur de lumière optique d’un dispositif de télémétrie, le circuit de commande comprenant : une inductance (308) dont le premier noeud est relié à un circuit de commande de courant (302, 304, 314) ; une première branche comprenant un premier interrupteur (312) relié entre le second noeud de l’inductance (308) et un premier rail de tension d’alimentation (GND) ; une seconde branche destinée à faire passer un courant à travers l’émetteur de lumière optique, cette seconde branche étant reliée entre le second noeud de l’inductance (308) et le premier rail de tension d’alimentation (GND) ; et un détecteur de courant (315) configuré pour détecter le courant traversant l’inductance (308) et pour fournir un signal de rétroaction (I_SENSE) au circuit de commande de courant (302, 304, 314). Figure de l’abrégé : Fig. 3

Description

Circuit de commande à grande vitesse et à forte puissance d’émetteur de lumière optique
La présente invention concerne d’une façon générale le domaine des dispositifs de télémétrie de temps de vol (ToF) et en particulier un circuit de commande d’émetteur de lumière optique d’un dispositif de télémétrie ToF.
La capacité de caméras de temps de vol (ToF) à base de détecteurs SPAD (Single Photon Avalanche Detectors, diode à avalanche déclenchée par un photon individuel) à fournir des temps d’arrivée précis des photons en font des candidats recherchés pour les capteurs de détection lumineuse et de télémétrie (LiDAR : Light Detection and Ranging). De telles caméras ToF comprennent généralement une diode laser telle qu’un laser à cavité verticale à émission de surface (VCSEL) qui émet, dans une scène image, des impulsions optiques ou une forme d’onde optique, et une matrice de SPAD destinée à détecter le signal de retour réfléchi par les objets de la scène image. On détermine alors le temps de vol des impulsions optiques, ce qui permet d’estimer la distance aux un ou plusieurs objets.
Dans le cas d’une technique de ToF direct (dToF), on estime le retard temporel de chaque impulsion de retour par rapport à l’impulsion émise correspondante pour déterminer le temps de vol, qui peut être converti en mesure de distance.
Dans le cas d’une technique de ToF indirect (iToF), on compare la phase de la forme d'onde renvoyée à celle de la forme d'one émise pour estimer le temps de vol, qui est ensuite converti en mesure de distance.
Les diodes laser, telles que les VCSEL, sont des dispositifs émetteurs adaptés à émettre de la lumière avec une intensité qui dépend du niveau de courant les traversant.
La fourniture d’un circuit adapté à commander de manière relativement précise un VCSEL ou un autre type de dispositif photoémetteur pour produire une série d’impulsions optiques d'intensité relativement élevée et de courte durée pose un problème technique.
Selon un aspect, on prévoit un circuit de commande d’émetteur de lumière optique d’un dispositif de télémétrie, ce circuit de commande comprenant :
  • une inductance ayant un premier de ses noeuds relié à un circuit de commande de courant ;
  • une première branche comprenant un premier interrupteur relié entre le second noeud de l’inductance et un premier rail de tension d’alimentation ;
  • une seconde branche destinée à faire passer un courant à travers l’émetteur de lumière optique, cette seconde branche étant reliée entre le second noeud de l’inductance et le premier rail de tension d’alimentation ; et
  • un détecteur de courant configuré pour détecter le courant traversant l’inductance et pour fournir un signal de rétroaction au circuit de commande de courant.
Selon un mode de réalisation, le détecteur de courant est relié entre le circuit de commande de courant et le premier noeud de l’inductance.
Selon un mode de réalisation, le détecteur de courant est présent dans la première ou dans la seconde branche.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande de courant comprend en outre un circuit de commande configuré pour commander le premier interrupteur avec un signal d’horloge à une première fréquence et le circuit de commande de courant comprend un deuxième interrupteur reliant le premier noeud de l’inductance à un second rail de tension d’alimentation, le deuxième interrupteur étant commandé par un signal d’horloge à une seconde fréquence inférieure à la première fréquence.
Selon un mode de réalisation, la seconde fréquence est au moins cinq fois inférieure à la première fréquence.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande de courant comprend en outre un troisième interrupteur relié en série au deuxième interrupteur entre les premier et second rails de tension.
Selon un mode de réalisation, le circuit de commande de courant comprend en outre un circuit de modulation de largeur d’impulsions configuré pour commander les deuxième et troisième interrupteurs à partir d’une comparaison entre le signal de rétroaction et un signal de référence.
Selon un autre aspect, la présente invention prévoit un système de télémétrie de temps de vol comprenant :
  • un émetteur de lumière optique ;
  • le circuit de commande ci-dessus entraînant la production par l’émetteur de lumière optique d’impulsions lumineuses optiques ; et
  • une matrice de pixels configurée pour recevoir des impulsions lumineuses optiques réfléchies par une scène image.
Selon un mode de réalisation, l’émetteur de lumière optique est une diode laser, telle qu’un laser à cavité verticale à émission de surface.
Selon un autre aspect, on prévoit un procédé de commande d’un émetteur de lumière optique d’un dispositif de télémétrie, ce procédé comprenant :
  • l’application, par un circuit de commande de courant, d’un courant à un premier noeud d’une inductance ;
  • pendant une première phase, l’activation d’un premier interrupteur relié dans une première branche entre le second noeud de l’inductance et un premier rail de tension d’alimentation ;
  • pendant une seconde phase, le passage du courant à travers une seconde branche comprenant l’émetteur de lumière optique, la seconde branche étant reliée entre un second noeud de l’inductance et le premier rail de tension d’alimentation ;
  • la détection, par un capteur de courant, du courant traversant l’inductance pour fournir un signal de rétroaction au circuit de commande de courant.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de télémétrie selon un exemple de réalisation ;
la figure 2 est un schéma électrique d’un circuit de commande de diode laser ayant été proposé ;
la figure 3 est un schéma électrique d’un circuit de commande d’un émetteur de lumière optique selon un example de réalisation de la présente invention ;
la figure 4 est un chronogramme illustrant des exemples de signaux dans le circuit de commande de la figure 3 ;
la figure 5 est un schéma électrique illustrant un premier exemple de mise en oeuvre du circuit de commande de la figure 3 ; et
la figure 6 est un schéma électrique illustrant un second exemple de mise en oeuvre du circuit de commande de la figure 3.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Sauf indication contraire, on utilise le terme "connecté" pour désigner une connexion électrique directe entre éléments de circuit, tandis que l’on utilise le terme "relié" ou "couplé" pour désigner une connexion électrique entre éléments de circuit qui peut être directe ou s’effectuer par l’intermédiaire d’un ou plusieurs éléments.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement" et "de l’ordre de" signifient à 10% près, de préférence à 5% près.
La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de télémétrie 100 selon un exemple de réalisation de la présente invention.
Le dispositif de télémétrie 100 comprend un circuit d’éclairage (ILLUMINATION BOARD) 102, un circuit de détection (SENSOR BOARD) 104 et un processeur (μP) 106. Dans certains modes de réalisation, les circuits/dispositif 102, 104, et 106 sont formés par des cartes de circuit séparés, mais dans des variantes de réalisation ils pourraient tous être montés sur une même carte de circuit.
Le circuit 102 comprend par exemple un émetteur de lumière optique 108, constitué par exemple d'une diode laser telle qu'une VCSEL, ainsi qu'un circuit de commande (LASER DIODE DRIVER) 110 pour piloter l’émetteur de lumière optique 108. Dans certains modes de réalisation, le circuit 102 comprend également une optique (OPTICS) 112 de modification du faisceau lumineux produit par l’émetteur de lumière optique 108 avant l’émission vers la scène image.
Le circuit détecteur 104 comprend par exemple un ou plusieurs objectifs (LENS) 114 pour focaliser la lumière en provenance de la scène image sur des pixels d’une matrice de pixels (PIXEL ARRAY) 116. La matrice de pixels est par exemple reliée à un contrôleur de temps de vol (ToF CONTROLLER) 118. Le contrôleur 118 est également par exemple relié au circuit de commande 110 ainsi qu’au processeur 106 par l’intermédiaire d’un bus de données 120 et par l’intermédiaire d’une ou plusieurs lignes de commande 122.
En fonctionnement, un signal optique périodique comprenant des impulsions est produit par le circuit d’éclairage 102 et émis vers la scène image.
Dans certains modes de réalisation, le signal optique périodique est une forme d’onde continue telle qu’une onde en créneaux et l’on utilise une technique de temps de vol indirect (iToF). Ceci implique par exemple la détermination, par le contrôleur 118, d’une différence de phase entre le signal émis et le signal renvoyé reçu par chaque pixel de la matrice de pixels 116 pour déterminer, pour chaque pixel, le temps de vol de la forme d'onde optique.
Dans des variantes de réalisation, le signal optique périodique comprend des impulsions optiques qui sont relativement espacées les unes des autres et l’on utilise une technique de temps de vol direct (dToF). Ceci implique par exemple la détermination par le contrôleur 118 du retard temporel entre l’émission d’une impulsion optique par le circuit d’éclairage 102 et la réception de cette impulsion optique par chacun des pixels de la matrice de pixels 116. Ces étapes sont par exemple répétées pour une séquence de dizaines, de centaines ou même de milliers d’impulsions pour déterminer, pour chaque pixel, le temps de vol moyen des impulsions optiques.
Le contrôleur 118 délivre par exemple, pour chaque pixel de la matrice de pixels, une mesure de distance sur le bus de sortie 120 du processeur 106.
La figure 2 illustre le circuit de commande 110 du détecteur d’éclairage 102 de la figure 1 selon une solution qui a été proposée. On utilise une source de tension 202 pour appliquer un potentiel V_DIODE aux bornes de la connexion en série de l’émetteur de lumière optique 108 et d’un interrupteur 204. L’interrupteur 204 est commandé par un signal de phase Φ pour faire passer un courant I_DIODE à travers la diode 108 et produire le signal optique périodique.
Dans un dispositif de télémétrie de temps de vol tel que le dispositif 100 de la figure 1, l’incertitude de profondeur σzrépond à la relation suivante : où f est la fréquence du signal optique périodique et Poptest la puissance optique émise.
Il serait par conséquent souhaitable d’augmenter la fréquence et/ou la puissance optique émise pour améliorer l’incertitude de profondeur. La production d’un courant relativement élevé présentant des impulsions de relativement courte durée et de haute fréquence au regard des inductances, capacités et résistances parasites présentes dans les composants passifs, boîtiers et interconnexions pose un problème technique. En effet, dans le circuit de la figure 2, le courant aura une croissance relativement lente, en partie du fait des inductances parasites. Ceci signifie non seulement qu’il peut être difficile d’obtenir une impulsion de fréquence relativement élevée d’amplitude relativement élevée, mais aussi que cette impulsion est susceptible d’avoir une amplitude non uniforme. Ceci signifie qu’alors que la puissance moyenne de l’impulsion peut correspondre à un niveau souhaité, le courant de crête peut entraîner un dépassement de la puissance souhaitée pendant une partie de l’impulsion, ce qui peut à son tour entraîner le dépassement des limites de sécurité. Un autre inconvénient de la solution de la figure 2 est que la tension V_DIODE devrait être relativement élevée pour créer des impulsions d’amplitude relativement élevée.
La figure 3 illustre schématiquement le circuit de commande 110 de la figure 1 plus en détail selon l’exemple de réalisation de la présente invention.
Le circuit 110 de la figure 3 comprend la connexion en série des interrupteurs 302 et 304 entre les rails de tension d’alimentation VDD, GND du circuit. Un noeud intermédiaire 306 entre les interrupteurs 302, 304 est relié par l’intermédiaire d’une inductance 308 à un autre noeud 310. Le noeud 310 est par exemple relié à un rail de masse GND par l’intermédiaire de deux branches séparées. Une branche comprend l’émetteur de lumière optique 108, qui est représenté par une diode laser dans l’exemple de la figure 3. L’autre branche comprend un interrupteur 312.
Les interrupteurs 302 et 304 sont respectivement commandés par des signaux de phase Φ1 et Φ2, qui sont par exemple produits par le circuit de modulation de largeur d’impulsions (PWM) 314. Le circuit PWM 314 et les interrupteurs 302, 304 forment un circuit de commande de courant pour commander le courant à travers l’inductance 308. Dans certains modes de réalisation, les interrupteurs 302 et 304, le circuit 314 et l’inductance 308 forment ensemble un convertisseur abaisseur de courant, sans toutefois de condensateur de sortie.
Un détecteur de courant 315 est par exemple positionné pour détecter le courant traversant, au moins une partie du temps, l’inductance 308, et pour délivrer le courant mesuré I_SENSE sur une ligne de rétroaction 316 à une entée du circuit PWM 314. Le circuit PWM 314 compare par exemple le courant détecté I_SENSE à un courant de référence I_REF délivré sur une ligne d’entrée 318, et ajuste le rapport cyclique des signaux de phase Φ1 et Φ2 pour amener le courant produit représenté par le signal I_SENSE au niveau du courant de référence I_REF.
L’interrupteur 312 est commandé par un signal de phase Φ3, qui est par exemple produit par un circuit de commande de rapport cyclique (DUTY CYCLE CONTROL) 320, à partir d’un courant de crête souhaité I_PEAK.
Le circuit PWM 314 produit par exemple les signaux de phase Φ1 et Φ2 à partir d’un signal d’horloge CLK1 présentant une fréquence F_LOW. Le circuit de commande de rapport cyclique 320 produit par exemple le signal de phase Φ3 à partir d’un signal d’horloge CLK2 de fréquence F_HIGH.
La fréquence F_HIGH est par exemple supérieure à la fréquence F_LOW et, dans certains modes de réalisation, au moins cinq fois supérieure, ou même dix fois supérieure. Ceci signifie que la période de chacun des signaux de phase Φ1 et Φ2 est par exemple au moins cinq ou dix fois supérieure à la période du signal de phase Φ3.
Dans certains modes de réalisation, la fréquence F_LOW est comprise entre 2 et 10 MHz, et la fréquence F_HIGH est comprise entre 50 et 200 MHz.
Le fonctionnement du circuit de la figure 3 sera à présent décrit plus en détail en référence à la figure 4.
La figure 4 est un chronogramme illustrant des exemples des signaux I_OUT produits par l’inductance 308, I_REF, Φ1 (trait continu), Φ2 (pointillés) et Φ3 du circuit 110 de la figure 3, ainsi que la forme résultante des impulsions laser (LASER PULSES) produites par l’émetteur de lumière optique.
A un état initial représenté à la figure 4, l’inductance 308 est initialement déchargée, l’interrupteur 302 est non conducteur et les interrupteurs 304 et 312 sont conducteurs. Ainsi, le courant I_OUT est nul ou pratiquement nul et il n’y a pas d’impulsions optiques.
Le courant de référence I_REF est alors actif et les signaux de phase Φ1 et Φ2 alternent entre des niveaux haut et bas pour ouvrir et fermer les interrupteurs 302 et 304 de manière alternée, un interrupteur à la fois étant activé tandis que l'autre interrupteur n'est pas conducteur. Ainsi, les interrupteurs 302 et 304 ne sont jamais tous les deux activés en même temps. Dans certains modes de réalisation, les impulsions hautes des signaux Φ1 et Φ2 sont séparées par un intervalle de temps ts pendant lequel les deux signaux Φ1 et Φ2 sont à l’état bas. Dans certains modes de réalisation, le rapport cyclique du signal de phase Φ1 est compris entre 40 % et 60 % et le rapport cyclique du signal de phase Φ2 est compris entre 40 % et 60 %.
Les signaux de phase Φ1 et Φ2 continuent par exemple d’alterner tout au long de la période d’émission pendant laquelle l’émetteur de lumière optique doit être commandé pour produire les impulsions optiques, correspondant par exemple à la période pendant laquelle le courant de référence I_REF est actif. Le courant I_OUT commence par conséquent à conduire aussitôt après le premier front montant du signal de phase Φ1, et continue tout au long de la période pendant laquelle le courant de référence I_REF est actif.
Le signal de phase Φ3 alterne également par exemple entre des niveaux haut et bas tout au long de la période d’émission d’impulsion. Toutefois, cette alternance se produit à une fréquence plus élevée que la fréquence à laquelle les signaux de phase Φ1 et Φ2 alternent entre les états haut et bas.
A la fin de la période d’émission d’impulsions optiques, les signaux de phase Φ2 et Φ3 passent/restent à l'état haut et le courant de référence I_REF et le signal de phase Φ1 passent/restent à l'état bas, entraînant l’annulation relativement rapide du courant I_OUT.
L’inductance 308 maintient le courant I_OUT à un niveau relativement stable tandis que les signaux de phase Φ1 et Φ2 alternent, avec par exemple une relativement faible ondulation représentée à la figure 4 pendant les cycles haut et bas du signal de phase Φ1. Ainsi, les impulsions optiques présentent également des amplitudes relativement constantes.
La figure 5 illustre schématiquement un exemple de mise en oeuvre 500 du circuit de commande 110 de la figure 3. A l’exemple de la figure 5, le détecteur de courant 315 est mis en oeuvre par une résistance 502 reliée entre le noeud 306 et l’inductance 308. Les noeuds de la résistance 502 sont par exemple reliés à un amplificateur différentiel 504, qui amplifie la chute de tension VR_SENSE aux bornes de la résistance 502 pour produire le signal de rétroaction I_SENSE sous forme d’une tension analogique.
Le signal de rétroaction I_SENSE est fourni à l’entrée négative d’un comparateur 506. Un convertisseur analogique-numérique (DAC) 508 produit par exemple le courant de référence I_REF sur la ligne 318 sous la forme d’un niveau de tension analogique à partir d’une entrée numérique I_REF’. Le signal I_REF est par exemple fourni à une entrée positive du comparateur 506, dont la sortie est fournie à un circuit de commande de PWM (PWM CONTROL) 510. Par exemple, le comparateur 506 et le circuit de commande de PWM 510 mettent en oeuvre ensemble le circuit PWM 314 de la figure 3.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, les interrupteurs 302, 304 et 312 sont réalisés par des transistors MOS à canal N.
En outre, dans le mode de réalisation de la figure 5, l’inductance 308 et l’émetteur de lumière optique 108 sont montés hors de la puce, une broche 512 reliant un noeud de la résistance de détection 502 à une borne de l’inductance 308, le noeud 310 formant une autre broche reliée à l’autre noeud de l’inductance 308 et à l’anode de la diode laser mettant en oeuvre l’émetteur de lumière optique 108, ainsi qu’une broche 514 reliant la cathode de la diode laser 108 au rail d’alimentation de masse GND.
Le circuit intégré de la figure 5 comprend également par exemple un générateur d’horloge (CLK GEN) 516 qui délivre le signal d’horloge signal CLK2 au circuit de commande de rapport cyclique 320 à partir d’une entrée F_HIGH, qui est par exemple une valeur numérique fixant la fréquence F_HIGH.
La figure 6 illustre schématiquement un exemple de mise en oeuvre 600 du circuit de commande 110 de la figure 3 selon une variante de mise en oeuvre par rapport à la figure 5. La mise en oeuvre 600 est la même que la mise en oeuvre 500 de la figure 5, à la différence que la résistance de détection du courant 502 est remplacée par une résistance de détection du courant 602 reliée dans la branche comprenant l’interrupteur 312, et reliée en particulier entre le noeud 310 et l’interrupteur 312. On notera que le courant circulant à travers cette branche n’est présent que lorsque le signal de phase Φ3 est émis, d’où il résulte que la régulation se fait par exemple à partir du courant moyen. Ainsi, le courant de référence I_REF correspond par exemple à une fraction α du courant de crête souhaité, tandis que α est le rapport cyclique du signal de phase Φ3.
Un avantage des modes de réalisation décrits ici est que l’on peut produire des impulsions optiques de puissance relativement élevée et uniforme. En outre, la tension d’alimentation peut être relativement faible, dans la mesure où pour une tension de crête donnée, le rail d’alimentation VDD peut n’être qu’à environ la moitié de la tension de crête.
En outre, un avantage du placement du détecteur de courant 315 entre le noeud 306 et l’inductance 308 est que le courant peut être régulé à partir d’un courant de crête souhaité de chaque impulsion de courant, indépendamment du rapport cyclique du signal de phase Φ3.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces modes de réalisation peuvent être combinées et d'autres variantes apparaîtront à l'homme de l'art. Par exemple, les figures 5 et 6 fournissent deux exemples des positions du détecteur de courant, mais d’autres positions seraient possibles, par exemple dans la branche de l’émetteur de lumière optique 108, ou dans le chemin reliant chacune des branches comprenant l’émetteur de lumière 108 et l’interrupteur 312 à la masse.
Il apparaîtra en outre à l’homme de l’art que le rail de tension d’alimentation de masse à 0 V pourrait être remplacé dans des variantes de réalisation par un rail d'alimentation de tension à un niveau de tension différent, qui pourrait être négatif.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits ici est à la portée de l’homme de l’art à partir de la description fonctionnelle ci-dessus. En particulier, les mises en oeuvre possibles du circuit détecteur 116 sont bien connues de l’homme de l’art et n’ont pas été décrites en détail.

Claims (10)

  1. Circuit de commande d’un émetteur de lumière optique (108) d’un dispositif de télémétrie (100), le circuit de commande comprenant :
    - une inductance (308) dont le premier noeud est relié à un circuit de commande de courant (302, 304, 314) ;
    - une première branche comprenant un premier interrupteur (312) relié entre le second noeud de l’inductance (308) et un premier rail de tension d’alimentation (GND) ;
    - une seconde branche destinée à faire passer un courant à travers l’émetteur de lumière optique (108), cette seconde branche étant reliée entre le second noeud de l’inductance (308) et le premier rail de tension d’alimentation (GND) ; et
    - un détecteur de courant (315) configuré pour détecter le courant traversant l’inductance (308) et pour fournir un signal de rétroaction (I_SENSE) au circuit de commande de courant (302, 304, 314).
  2. Circuit de commande selon la revendication 1, dans lequel le détecteur de courant (315) est relié entre le circuit de commande de courant (302, 304, 314) et le premier noeud de l’inductance (308).
  3. Circuit de commande selon la revendication 1, dans lequel le détecteur de courant (315) est présent dans la première ou dans la seconde branche.
  4. Circuit de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un circuit de commande (320) configuré pour commander le premier interrupteur (312) avec un signal d’horloge (Φ3) à une première fréquence (F_HIGH) et dans lequel le circuit de commande de courant (302, 304, 314) comprend un deuxième interrupteur (302) reliant le premier noeud de l’inductance (308) à un second rail de tension d’alimentation (VDD), le deuxième interrupteur (302) étant commandé par un signal d’horloge (Φ1) à une seconde fréquence (F_LOW) inférieure à la première fréquence.
  5. Circuit de commande selon la revendication 4, dans lequel la seconde fréquence (F_LOW) est au moins cinq fois inférieure à la première fréquence (F_HIGH).
  6. Circuit de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit de commande de courant (302, 304, 314) comprend en outre un troisième interrupteur (304) relié en série au deuxième interrupteur (302) entre les premier et second rails de tension (GND, VDD).
  7. Circuit de commande selon la revendication 6, dans lequel le circuit de commande de courant (302, 304, 314) comprend en outre un circuit de modulation de largeur d’impulsions (314) configuré pour commander les deuxième et troisième interrupteurs à partir d’une comparaison entre le signal de rétroaction (I_SENSE) et un signal de référence (I_REF).
  8. Système de télémétrie de temps de vol comprenant :
    • un émetteur de lumière optique (108) ;
    • un circuit de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 entraînant la génération par l’émetteur de lumière optique (108) d’impulsions lumineuses optiques ; et
    • une matrice de pixels (116) configurée pour recevoir des impulsions lumineuses optiques réfléchies par une scène image.
  9. Système de télémétrie par temps de vol selon la revendication 8, dans lequel l’émetteur de lumière optique (108) est une diode laser, telle qu’un laser à cavité verticale à émission de surface.
  10. Procédé de commande d’un émetteur de lumière optique (108) d’un dispositif de télémétrie (100), ce procédé comprenant :
    • l’application, par un circuit de commande de courant (302, 304, 314), d’un courant (I_OUT) à un premier noeud d’une inductance (308) ;
    • pendant une première phase, l’activation d’un premier interrupteur (312) relié dans une première branche entre le second noeud de l’inductance (308) et un premier rail de tension d’alimentation (GND) ;
    • pendant une deuxième phase, le passage du courant (I_OUT) à travers une seconde branche comprenant l’émetteur de lumière optique (108), la seconde branche étant reliée entre un second noeud de l’inductance (308) et le premier rail de tension d’alimentation (GND) ;
    • la détection, par un détecteur de courant (315), du courant traversant l’inductance (308) pour fournir un signal de rétroaction (I_SENSE) au circuit de commande de courant (302, 304, 314).
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11482836B2 (en) * 2020-01-28 2022-10-25 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Laser diode driver circuits and methods of operating thereof
US12095367B2 (en) * 2020-06-15 2024-09-17 The Regents Of The University Of Michigan Cycle-by-cycle digital control of DC-DC converters
DE112021003808T5 (de) * 2020-07-15 2023-06-15 Voyant Photonics, Inc. Optisch phasengesteuerter Array-Antrieb
US20230051475A1 (en) * 2021-08-13 2023-02-16 Lumentum Operations Llc Driver circuit for evaluation of an optical emitter

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170365979A1 (en) * 2016-06-20 2017-12-21 Sony Semiconductor Solutions Corporation Driver circuitry and electronic device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6697402B2 (en) 2001-07-19 2004-02-24 Analog Modules, Inc. High-power pulsed laser diode driver
US7038435B2 (en) * 2003-11-24 2006-05-02 Raytheon Company Method for input current regulation and active-power filter with input voltage feedforward and output load feedforward
US8188682B2 (en) 2006-07-07 2012-05-29 Maxim Integrated Products, Inc. High current fast rise and fall time LED driver
US7439945B1 (en) 2007-10-01 2008-10-21 Micrel, Incorporated Light emitting diode driver circuit with high-speed pulse width modulated current control
JP5035054B2 (ja) * 2008-03-19 2012-09-26 住友電気工業株式会社 半導体レーザ駆動回路
GB2492833A (en) 2011-07-14 2013-01-16 Softkinetic Sensors Nv LED boost converter driver circuit for Time Of Flight light sources
US8803437B2 (en) 2011-09-25 2014-08-12 Wen-Hsiung Hsieh Switching mode pulsed current supply for driving LEDS
US9185762B2 (en) 2013-04-19 2015-11-10 Infineon Technologies Ag Time of flight illumination circuit
US9769459B2 (en) 2013-11-12 2017-09-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Power efficient laser diode driver circuit and method
US11143552B2 (en) * 2014-04-29 2021-10-12 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus to mitigate ripple in a time of flight (TOF) system
US10673204B2 (en) * 2017-03-07 2020-06-02 Sensl Technologies Ltd. Laser driver

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170365979A1 (en) * 2016-06-20 2017-12-21 Sony Semiconductor Solutions Corporation Driver circuitry and electronic device

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