KR102375808B1 - 펄스 레이저 드라이버 - Google Patents

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패트릭 인 치앙
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포토닉 테크놀로지스 (상하이) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 레이저 대한 고출력 전압을 지원하기 위해 고전압 스위치 트랜지스터를 이용하는 펄스 레이저 드라이버와 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이를 스위칭하여 출력 펄스 레이저 신호를 생성하기 위해 레이저에 공급되는 펄스 전류를 생성하는 저전압 스위치 트랜지스터에 관한 것이다. 펄스 레이저 드라이버는 출력 펄스 레이저 신호가 입력 펄스 신호에 따라 변조되도록 입력 펄스 신호에 따라 저전압 스위치 트랜지스터를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭한다. 펄스 레이저 드라이버는 또한 피드백 제어 모듈을 사용하여 고전압 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하여 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시킨다.

Description

펄스 레이저 드라이버
본 출원은 2019 년 7 월 26 일에 출원된 중국 출원 번호 CN 201910680287X에 우선권을 주장한다. 전술한 참고 문헌은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 레이저 레이더 및 3차원 검출 기술, 특히 고속, 고전압 마진, 고전력, 고정밀 펄스 레이저 드라이버에 관한 것이다.
자율 주행, 제스처 인식 및 머신 비전(vision)은 모두 고정밀, 고해상도, 실시간 거리 측정 기술을 필요로 한다. 그런 이유로, 포토닉스의 TOF(Time-of-Flight)에 기초한 레이저 레이더 기술이 널리 사용되어 왔다. TOF 기반 레이저 레이더 기술은 송신단과 수신단을 포함한다. 송신단은 펄스 변조된 레이저 신호를 생성하고, 수신단은 목표 물체로부터 반사된 광 신호를 검출하고 TOF에 따라 목표 물체까지의 거리를 계산한다. 거리 측정 및 측정 성능은 주로 송신단의 전력과 수신단의 감도에 영향을 받는다. 따라서, 거리 측정 및 측정 성능을 향상시키기 위해, 송신단은 상승 및 하강 시간 간격을 단축할 뿐만 아니라, 더 높은 전력을 갖는 펄스 레이저 신호를 생성할 필요가 있으며, 따라서 고속, 고전압 마진, 고전력, 고정밀 펄스 레이저 드라이버가 요구된다.
본 발명은 펄스 레이저 드라이버를 제공한다. 펄스 레이저 드라이버는 레이저, 레이저에 연결된 제1 전계 효과 트랜지스터 및 제1 전계 효과 트랜지스터에 연결된 제2전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압은 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자 전압이다. 제2 전계 효과 트랜지스터는 제1 전계 효과 트랜지스터를 통해 레이저로 흐르는 펄스 전류를 생성하여 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압과 관련된 출력 펄스 레이저 신호를 생성한다. 제2 전계 효과 트랜지스터는 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 따라 펄스 전류를 생성한다. 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기는 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 따라 조정 가능하다.
도1은 일 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버를 도시한다.
도2는 다른 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버를 도시한다.
도3은 다른 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버를 도시한다.
도4는 다른 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버를 도시한다.
다음의 논의에서, 본 발명은 첨부 도면 및 상세한 실시 예를 참조하여 설명된다. 그러나 도면 및 상세한 실시 예는 단지 예시적인 목적으로 제공되며, 본 발명의 보호 범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 일 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버(1)를 도시한다. 펄스 레이저 드라이버(1)는 펄스 레이저 신호 생성 모듈 및 피드백 제어 모듈을 포함한다. 펄스 레이저 신호 생성 모듈은 프리드라이버(pre-driver)(100), 스위치 트랜지스터(102)(“제1 스위치 트랜지스터”라고 함), 스위치 트랜지스터(104)(“제2 스위치 트랜지스터” 라고함) 및 레이저(106)를 포함한다. 본 실시 예의 스위치 트랜지스터(102) 및 스위치 트랜지스터(104)는 전계 효과 트랜지스터("FET")(각각 “제1 전계 효과 트랜지스터” 및 “제2 전계 효과 트랜지스터”라고 함)이다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 스위치 트랜지스터(102) 및 스위치 트랜지스터(104)는 바이폴라 접합 트랜지스터("BJT") 일 수 있다. 스위치 트랜지스터(102)의 게이트 단자 전압, 드레인 단자 전압 및 소스 단자 전압은 각각 VGM1, VDM1 및 VSM1로 표시된다. 스위치 트랜지스터(104)의 게이트 단자 전압, 드레인 단자 전압 및 소스 단자 전압은 각각 VGM2, VDM2 및 VSM2로 표시된다. 레이저(106)의 일 단부에는 바이어스 전압(VCC)이 공급되고, 레이저(106)의 다른 단부는 스위치 트랜지스터(102)의 드레인 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(102)의 소스 단자는 스위치 트랜지스터(104)의 드레인 단자에 연결된다. 프리드라이버(100)는 입력 펄스 신호를 수신한다. 프리드라이버(100)의 출력단은 스위치 트랜지스터(104)의 게이트 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(104)는 입력 펄스 신호에 따라 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이에서 스위칭한다. 스위치 트랜지스터(104)가 온 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(1)의 출력 전류는 스위치 트랜지스터(102)의 드레인 단자로부터 스위치 트랜지스터(102)의 소스 단자로 흐르는 전류 IM1 (도시되지 않음)이고, 펄스 레이저 드라이버(1)의 출력 전압은 스위치 트랜지스터(102)의 드레인 단자 전압(VDM1)이다. 출력 전류(IM1)의 크기는 스위치 트랜지스터(102)의 게이트 단자 전압(VGM1)에 의해 결정된다. 스위치 트랜지스터(104)가 오프 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(1)의 출력 전류는 0이다. 스위치 트랜지스터(104)를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭함으로써, 출력 전류의 스위칭이 달성된다. 또한, 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위치 트랜지스터(104)의 스위칭의 결과로서 펄스 전류가 발생된다. 펄스 전류는 출력 펄스 레이저 신호를 생성하기 위해 레이저(106)에 공급된다. 출력 전압이 스위치 트랜지스터(102)의 드레인 단자 전압(VDM1)이기 때문에, 스위치 트랜지스터(102)는 더 큰 출력 전압을 유지하기 위한 고전압 트랜지스터 일 수있다. 이에 대응하여, 스위치 트랜지스터(104)는 저전압 트랜지스터 일 수 있고, 따라서 더 작은 기생 캐패시턴스를 가지며, 저전압 스위치 트랜지스터(104)의 게이트 단자는 더 작은 전압 스윙을 필요로 하므로, 스위치 트랜지스터(104)에 대한 더 높은 스위칭 속도 및 결과적으로 출력 전류에 대한 더 빠른 스위칭 속도를 제공한다. 펄스 레이저 드라이버(1)는 더 높은 출력 전압을 지원하기 위해 고전압 스위치 트랜지스터(102)를 사용하는 한편, 출력 전류의 고속 스위칭을 달성하기 위해 저전압 스위치 트랜지스터(104)를 사용하고, 이에 따라 고속, 고전압 마진, 고출력 펄스 레이저 드라이버를 제공한다. 또한, 펄스 레이저 드라이버(1)는 입력 펄스 신호를 이용하여 스위치 트랜지스터(104)를 제어하여 온 상태와 오프 상태 사이를 스위칭하도록 제어하고, 따라서 출력 전류의 스위칭을 제어함으로써 입력 펄스 신호에 따라 출력 펄스 레이저 신호를 변조한다. 스위치 트랜지스터(102)의 게이트 단자 전압(VGM1)을 제어함으로써 펄스 레이저 드라이버(1)의 피드백 제어 모듈은 출력 전류(IM1)의 크기를 제어하여 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시킨다. 따라서, 펄스 레이저 드라이버(1)는 고속, 고전압 마진, 고전력, 고정밀 펄스 레이저 드라이버이다. 또한, 스위치 트랜지스터(104)는 크기가 작은 저전압 트랜지스터이기 때문에, 스위칭 속도가 더 빠르고, 출력 전류의 스위칭 속도가 크게 향상된다. 스위치 트랜지스터(104)가 온 상태일 때 스위치 트랜지스터(102)의 소스 단자는 효과적으로 접지에 풀링되어(pulled) 스위칭 속도를 더욱 향상시키는 한편 출력 전압 마진을 증가시켜 레이저(106)의 전력 전압을 감소시키고 전력 소비량을 감소시키며 운전자의 효율을 향상시킨다. 프리드라이버(100)가 제어하는 저전압 스위치 트랜지스터(104)의 게이트 단자는 전압 스윙이 더 작고 스위치 트랜지스터(104)의 캐패시턴스가 더 작기 때문에 프리드라이버(100)의 작업 속도가 향상되고 프리드라이버(100)의 전력 소비량이 낮아진다.
도 1을 더 참조하면, 프리드라이버(100)는 구동 신호를 변환하고 구동 능력을 향상시킨다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 프리드라이버(100)는 입력 펄스 신호의 구동 능력을 스위치 트랜지스터(104)의 등가 입력 임피던스와 매칭시킨다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 프리드라이버(100)는 또한 입력 펄스 신호의 인터페이스 프로토콜(예를 들어, 전압 스윙, 단일 종단/ 차동)을 스위치 트랜지스터(104)에 의해 요구되는 구동 신호의 유형과 매칭시킨다.
여전히 도 1과 관련하여 본 발명의 일부 실시 예에 따르면 펄스 레이저 드라이버(1)의 피드백 제어 모듈은 스위치 트랜지스터(108)(“제3 스위치 트랜지스터”라고 함), 스위치 트랜지스터(110)(“제4 스위치 트랜지스터”라고 함), 저항(112)(“제1 저항”이라고 함), 저항(114)(“제2 저항”이라고 함), 전류 소스(116) 및 증폭기(118)(“제1 증폭기”라고 함)에 의해 형성된 전류 제어 피드백 루프를 포함한다. 스위치 트랜지스터(108)의 게이트 단자 전압, 드레인 단자 전압 및 소스 단자 전압은 각각 VGM3, VDM3 및 VSM3으로 표시된다. 스위치 트랜지스터(108)의 게이트 단자 전압(VGM3)은 스위치 트랜지스터(102)의 게이트 단자 전압(VGM1)과 관련된다. 저항(112)은 스위치 트랜지스터(108)의 드레인 단자에 연결되고, 스위치 트랜지스터(108)의 소스 단자는 스위치 트랜지스터(110)의 드레인 단자에 연결된다. 저항(114)은 전류 소스(116)에 연결된다. 스위치 트랜지스터(108) 및 스위치 트랜지스터(110)는 피드백 전압을 생성하기 위해 저항(112)으로 흐르는 미러 전류를 출력한다. 전류 소스(116)는 기준 전압을 생성하기 위해 저항기(114)로 흐르는 기준 전류를 생성한다. 피드백 전압과 기준 전압 사이의 차동 전압은 증폭기(118)에 의해 증폭되고 스위치 트랜지스터(108)의 게이트 단자로 리턴된다. 이와 같이, 전류 제어 피드백 루프가 수렴 할 때, 피드백 전압은 기준 전압과 동일하고, 이에 의해 스위치 트랜지스터(108)의 출력 전류가 전류 소스(116)의 기준 전류와 동일하게 하여, 게이트 단자 전압(VGM3)을 더 제어하고, 스위치 트랜지스터(108) 및 스위치 트랜지스터(102)의 관련 게이트 단자 전압(VGM1)은 펄스 레이저 드라이버(1)의 출력 전류(IM1)의 크기를 추가로 제어한다. 따라서, 펄스 레이저 드라이버(1)는 전류 제어 피드백 루프를 이용하여 전류 소스(116)의 기준 전류를 수정함으로써 출력 전류(IM1)의 크기를 수정함으로써, 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시킨다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버(200)를 도시한다. 펄스 레이저 드라이버(200)는 펄스 레이저 신호 생성 모듈 및 피드백 제어 모듈을 포함한다. 펄스 레이저 신호 생성 모듈은 프리드라이버(pre-driver)(202), 스위치 트랜지스터(204), 스위치 트랜지스터(206) 및 레이저(208)를 포함한다. 본 실시 예의 스위치 트랜지스터(204) 및 스위치 트랜지스터(206)는 FET이다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 스위치 트랜지스터(204) 및 스위치 트랜지스터(206)는 BJT 일 수 있다. 레이저(208)의 일단에는 바이어스 전압이 공급되고, 레이저(208)의 타단은 스위치 트랜지스터(204)의 드레인 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(204)의 소스 단자는 스위치 트랜지스터(206)의 드레인 단자에 연결된다. 프리드라이버(202)는 입력 펄스 신호를 수신한다. 프리드라이버(202)의 출력단은 스위치 트랜지스터(206)의 게이트 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(206)는 입력 펄스 신호에 따라 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이에서 스위칭한다. 스위치 트랜지스터(206)가 온 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(200)의 출력 전류는 스위치 트랜지스터(204)의 드레인 단자로부터 스위치 트랜지스터(204)의 소스 단자로 흐르는 전류이고, 대응하는 펄스 레이저 드라이버(200)의 출력 전압은 스위치 트랜지스터(204)의 드레인 단자 전압이다. 펄스 레이저 드라이버(200)의 출력 전류의 크기는 스위치 트랜지스터(204)의 게이트 단자 전압에 의해 결정된다. 스위치 트랜지스터(206)가 오프 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(200)의 출력 전류는 0이다. 스위치 트랜지스터(206)를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭함으로써, 출력 전류의 스위칭이 달성된다. 또한, 스위치 트랜지스터(206)가 ON 상태와 OFF 상태 사이에서 스위칭 된 결과 펄스 전류가 발생된다. 펄스 전류는 출력 펄스 레이저 신호를 생성하기 위해 레이저(208)에 공급된다. 출력 전압은 스위치 트랜지스터(204)의 드레인 단자 전압이므로, 스위치 트랜지스터(204)는 더 큰 출력 전압을 유지하기 위한 고전압 트랜지스터 일 수 있다. 이에 따라, 스위치 트랜지스터(206)는 저전압 트랜지스터일 수 있으므로, 기생 캐패시턴스가 더 작으며, 저전압 스위치 트랜지스터(206)의 게이트 단자는 더 작은 전압 스윙을 필요로 하므로, 스위치 트랜지스터(206)에 대한 더 높은 스위칭 속도 및 결과적으로 출력 전류에 대한 더 빠른 스위칭 속도를 제공한다. 펄스 레이저 드라이버(200)는 고출력 스위치 트랜지스터(204)를 사용하여 더 높은 출력 전압을 지원하는 한편, 저전압 스위치 트랜지스터(206)를 사용하여 출력 전류의 고속 스위칭을 달성함으로써, 고속, 전압 마진, 고출력 펄스 레이저 드라이버를 제공한다. 또한, 펄스 레이저 드라이버(200)는 입력 펄스 신호를 이용하여 스위치 트랜지스터(206)를 제어하여 온 상태와 오프 상태 사이를 스위칭하고, 따라서 출력 전류의 스위칭을 제어함으로써, 입력 펄스 신호에 따라 출력 펄스 레이저 신호를 변조한다. 펄스 레이저 드라이버(200)의 피드백 제어 모듈은 스위치 트랜지스터(210))(“제5 스위치 트랜지스터”라고 함), 스위치 트랜지스터(212)(“제6 스위치 트랜지스터”라고 함), 저항기(214)(“제3 저항”이라고 함), 아날로그-디지털 변환기("ADC")(“제1 아날로그-디지털 변환기”라고 함), 디지털-신호 프로세서("DSP")(“제1 디지털-신호 프로세서”라고 함) 및 디지털-아날로그 변환기(DAC)(“제1 디지털-아날로그 변환기”라고 함)에 의해 형성된 전류 피드백 디지털 제어 루프를 포함한다. 스위치 트랜지스터(210)의 게이트 단자 전압은 스위치 트랜지스터(204)의 게이트 단자 전압과 관련된다. 저항(214)의 일단상의 전압은 ADC에 의해 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호는 DSP로 전송된다. DSP는 DAC에 의해 아날로그 신호로 변환 된 출력 제어 신호를 계산 및 결정함으로써, 스위치 트랜지스터(210)의 게이트 단자 전압 및 스위치 트랜지스터(204)의 관련 게이트 단자 전압을 제어하고, 펄스 레이저 드라이버(200)의 출력 전류의 크기를 더 제어한다. 따라서, 펄스 레이저 드라이버(200)는 전류 피드백 디지털 제어 루프를 이용하여 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시킨다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버(300)를 도시한다. 펄스 레이저 드라이버(300)는 펄스 레이저 신호 생성 모듈 및 피드백 제어 모듈을 포함한다. 펄스 레이저 신호 생성 모듈은 프리드라이버(302), 스위치 트랜지스터(304), 스위치 트랜지스터(306) 및 레이저(308)를 포함한다. 본 실시 예의 스위치 트랜지스터(304) 및 스위치 트랜지스터(306)는 FET이다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 스위치 트랜지스터(304) 및 스위치 트랜지스터(306)는 BJT 일 수 있다. 레이저(308)의 일단에는 바이어스 전압이 공급되고, 레이저(308)의 타단은 스위치 트랜지스터(304)의 드레인 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(304)의 소스 단자는 스위치 트랜지스터(306)의 드레인 단자에 연결된다. 프리드라이버(302)는 입력 펄스 신호를 수신한다. 프리드라이버(302)의 출력단은 스위치 트랜지스터(306)의 게이트 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(306)는 입력 펄스 신호에 따라 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이에서 스위칭한다. 스위치 트랜지스터(306)가 온 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(300)의 출력 전류는 스위치 트랜지스터(304)의 드레인 단자로부터 스위치 트랜지스터(304)의 소스 단자로 흐르는 전류 및 대응하는 펄스 레이저 드라이버(300)의 출력 전압은 스위치 트랜지스터(304)의 드레인 단자 전압이다. 펄스 레이저 드라이버(300)의 출력 전류의 크기는 스위치 트랜지스터(304)의 게이트 단자 전압에 의해 결정된다. 스위치 트랜지스터(306)가 오프 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(300)의 출력 전류는 0이다. 스위치 트랜지스터(306)를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭함으로써, 출력 전류의 스위칭이 달성된다. 또한, 스위치 트랜지스터(306)가 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭 된 결과 펄스 전류가 발생된다. 펄스 전류는 출력 펄스 레이저 신호를 생성하기 위해 레이저(308)에 공급된다. 출력 전압은 스위치 트랜지스터(304)의 드레인 단자 전압이므로, 스위치 트랜지스터(304)는 더 큰 출력 전압을 유지하기 위한 고전압 트랜지스터 일 수 있다. 이에 대응하여, 스위치 트랜지스터(306)는 저전압 트랜지스터 일 수 있고, 따라서 더 작은 기생 캐패시턴스를 가지며, 저전압 스위치 트랜지스터(306)의 게이트 단자는 더 작은 전압 스윙을 필요로 하므로, 스위치 트랜지스터(306)에 대한 더 높은 스위칭 속도 및 결과적으로 출력 전류에 대한 더 빠른 스위칭 속도를 제공한다. 펄스 레이저 드라이버(300)는 고출력 스위치 트랜지스터(304)를 이용하여 더 높은 출력 전압을 지원하는 한편, 저전압 스위치 트랜지스터(306)를 이용하여 출력 전류의 고속 스위칭을 달성함으로써, 고속, 전압 마진, 고출력 펄스 레이저 드라이버를 제공한다. 또한, 펄스 레이저 드라이버(300)는 입력 펄스 신호를 이용하여 스위치 트랜지스터(306)를 제어하여 온 상태와 오프 상태 사이를 스위칭하도록 제어하고, 따라서 출력 전류의 스위칭을 제어함으로써 입력 펄스 신호에 따라 출력 펄스 레이저 신호를 변조한다. 펄스 레이저 드라이버(300)의 피드백 제어 모듈은 증폭기(310)(“제2 증폭기”라고 함), 스위치 트랜지스터(304) 및 스위치 트랜지스터(306)에 의해 형성된 전압 피드백 아날로그 제어 루프를 포함한다. 증폭기(310)의 출력단은 스위치 트랜지스터(304)의 게이트 단자에 연결된다. 증폭기(310)의 입력단 중 하나는 스위치 트랜지스터(306)의 드레인 단자에 연결되고, 다른 하나는 기준 전압(VREF)에 연결된다. 스위치 트랜지스터(306)가 온 상태에 있을 때, 스위치 트랜지스터(306)는 저항과 동일하며, 스위치 트랜지스터(306)의 전류는 스위치 트랜지스터(306)의 드레인 단자 전압을 샘플링함으로써 획득될 수 있다. 스위치 트랜지스터(306)의 전류는 펄스 레이저 드라이버(300)의 출력 전류와 동일한 크기를 갖는다. 스위치 트랜지스터(306)의 샘플링 된 드레인 단자 전압과 기준 전압(VREF) 사이의 차동 전압은 증폭기(310)에 의해 증폭되어 스위치 트랜지스터(304)의 게이트 단자 전압에 대한 제어 신호를 제공한다. 전압 피드백 아날로그 제어 루프가 수렴할 때, 펄스 레이저 드라이버(300)의 출력 전류의 크기는 기준 전압(VREF)의 크기에 의해 결정된다. 따라서, 펄스 레이저 드라이버(300)는 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시키기 위해 전압 피드백 아날로그 제어 루프를 이용한다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 펄스 레이저 드라이버(400)를 도시한다. 펄스 레이저 드라이버(400)는 펄스 레이저 신호 생성 모듈 및 피드백 제어 모듈을 포함한다. 펄스 레이저 신호 생성 모듈은 프리드라이버(402), 스위치 트랜지스터(404), 스위치 트랜지스터(406) 및 레이저(408)를 포함한다. 본 실시 예의 스위치 트랜지스터(404) 및 스위치 트랜지스터(406)는 FET이다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 스위치 트랜지스터(404) 및 스위치 트랜지스터(406)는 BJT일 수 있다. 레이저(408)의 일단에는 바이어스 전압이 공급되고, 레이저(408)의 타단은 스위치 트랜지스터(404)의 드레인 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(404)의 소스 단자는 스위치 트랜지스터(406)의 드레인 단자에 연결된다. 프리드라이버(402)는 입력 펄스 신호를 수신한다. 프리드라이버(402)의 출력단은 스위치 트랜지스터(406)의 게이트 단자에 연결된다. 스위치 트랜지스터(406)는 입력 펄스 신호에 따라 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이에서 스위칭한다. 스위치 트랜지스터(406)가 온 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(400)의 출력 전류는 스위치 트랜지스터(404)의 드레인 단자로부터 스위치 트랜지스터(404)의 소스 단자로 흐르는 전류, 및 대응하는 펄스 레이저 드라이버(400)의 출력 전압은 스위치 트랜지스터(404)의 드레인 단자 전압이다. 펄스 레이저 드라이버(400)의 출력 전류의 크기는 스위치 트랜지스터(404)의 게이트 단자 전압에 의해 결정된다. 스위치 트랜지스터(406)가 오프 상태에 있을 때, 펄스 레이저 드라이버(400)의 출력 전류는 0이다. 스위치 트랜지스터(406)를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭함으로써, 출력 전류의 스위칭이 달성된다. 또한, 스위치 트랜지스터(406)가 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭 된 결과 펄스 전류가 발생된다. 펄스 전류는 출력 펄스 레이저 신호를 생성하기 위해 레이저(408)에 공급된다. 출력 전압은 스위치 트랜지스터(404)의 드레인 단자 전압이므로, 스위치 트랜지스터(404)는 더 큰 출력 전압을 유지하기 위한 고전압 트랜지스터 일 수 있다. 이에 대응하여, 스위치 트랜지스터(406)는 저전압 트랜지스터 일 수 있고, 따라서 더 작은 기생 캐패시턴스를 가지며, 저전압 스위치 트랜지스터(406)의 게이트 단자는 더 작은 전압 스윙을 필요로 하므로, 스위치 트랜지스터(406)에 대한 더 높은 스위칭 속도 및 결과적으로 출력 전류에 대한 더 빠른 스위칭 속도를 제공한다. 펄스 레이저 드라이버(400)는 고출력 스위치 트랜지스터(404)를 사용하여 더 높은 출력 전압을 지원하는 한편, 저전압 스위치 트랜지스터(406)를 사용하여 출력 전류의 고속 스위칭을 달성함으로써, 고속, 전압 마진, 고출력 펄스 레이저 드라이버를 제공한다. 또한, 펄스 레이저 드라이버(400)는 입력 펄스 신호를 이용하여 스위치 트랜지스터(406)를 제어하여 온 상태와 오프 상태 사이를 스위칭하도록 제어하고, 따라서 출력 전류의 스위칭을 제어함으로써 입력 펄스 신호에 따라 출력 펄스 레이저 신호를 변조한다. 펄스 레이저 드라이버(400)의 피드백 제어 모듈은 ADC(“제2 아날로그-디지털 변환기”라고 함), DSP(“제2 디지털 신호 프로세서”라고 함), DAC(“제2 디지털-아날로그 변환기”라고 함), 스위치 트랜지스터(404) 및 스위치 트랜지스터(406)에 의해 형성된 전압 피드백 디지털 제어 루프를 포함한다. 스위치 트랜지스터(406)가 온 상태에 있을 때, 스위치 트랜지스터(406)는 저항기와 동등하다. 스위치 트랜지스터(406)의 드레인 단자 전압은 샘플링 된 후 ADC에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다. DSP는 DAC에 의해 아날로그 신호로 변환되는 제어 신호를 계산하고 결정함으로써, 스위치 트랜지스터(404)의 게이트 단자 전압을 제어하고, 펄스 레이저 드라이버(400)의 출력 전류의 크기를 추가로 제어한다. 따라서, 펄스 레이저 드라이버(400)는 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시키기 위해 전압 피드백 디지털 제어 루프를 이용한다.
본 발명의 일부 실시 예에서 나타난 스위치 트랜지스터는 BJT 구조 또는 FET 구조 일 수 있다. 도1 내지 4를 참조하여, 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 펄스 레이저 드라이버의 펄스 레이저 신호 생성 모듈의 스위치 트랜지스터는 FET 구조 일 수 있고, 따라서 저전력 소비, 간단한 구동 회로 및 작은 베이스 단자 구동 전류의 이점을 갖는다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, FET 구조의 스위치 트랜지스터는 접합 전계 효과 트랜지스터 ("JFET") 또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터("MOSFET") 일 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예의 피드백 제어 모듈은 고전압 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하여 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기를 추가로 제어하여 출력 펄스 레이저 신호의 정밀도를 향상시킨다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 예시적인 펄스 레이저 드라이버의 피드백 제어 모듈은 출력 브랜치에서 직렬 연결된 전류 소스에 의해 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기를 제어 할 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 예시적인 펄스 레이저 드라이버의 피드백 제어 모듈은 저전압 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어함으로써 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류를 제어 할 수 있다.
전술한 구현 예는 본 발명의 특정 실시 예일 뿐이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본 발명에 개시된 기술 범위 내에서 당업자에 의해 용이하게 이해되는 임의의 변형 또는 대체는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다는 것에 유의해야 한다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 청구 범위의 보호 범위에 종속되어야 한다.

Claims (26)

  1. 펄스 레이저 드라이버에 있어서,
    레이저;
    상기 레이저와 연결되고, 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압을 정의하는 제1 스위치 트랜지스터;
    상기 제1 스위치 트랜지스터에 연결된 제2 스위치 트랜지스터; 및
    상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기를 제어하기 위하여 상기 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하도록 구성된 피드백 제어 모듈을 포함하고,
    상기 제2 스위치 트랜지스터는 상기 제1 스위치 트랜지스터를 통해 상기 레이저로 흐르는 펄스 전류를 생성하여 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압과 관련된 출력 펄스 레이저 신호를 생성하고,
    상기 피드백 제어 모듈은 제3 스위치 트랜지스터, 제4 스위치 트랜지스터, 제1 저항, 제2 저항, 전류 소스 및 제1 증폭기에 의해 형성되는 전류 제어 피드백 루프를 포함하고,
    상기 제3 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압은 상기 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압과 연관되고, 상기 제1 저항은 상기 제3 스위치 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제3 스위치 트랜지스터의 소스 단자는 상기 제4 스위치 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제2 저항은 상기 전류 소스에 연결되고,
    상기 제3 스위치 트랜지스터 및 제4 스위치 트랜지스터는 피드백 전압을 생성하기 위해 제1 저항에 흐르는 미러 전류를 출력하고, 상기 전류 소스는 기준 전압을 생성하기 위해 상기 제2 저항에 흐르는 기준 전류를 생성하고, 상기 피드백 전압 및 기준 전압 사이의 차동 전압은 상기 제1 증폭기에 의해 증폭되고 상기 제3 스위치 트랜지스터의 게이트 단자로 리턴되어, 상기 제3 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압 및 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 스위치 트랜지스터는 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이를 스위칭함으로써 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 스위치 트랜지스터가 온 상태인 경우,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 상기 출력 전압에 대응하는 상기 펄스 레이저 드라이버의 상기 출력 전류는 상기 제1 스위치 트랜지스터를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 스위치 트랜지스터가 오프 상태인 경우,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 상기 출력 전류는 0 인 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 트랜지스터 및 상기 제2 스위치 트랜지스터는 모두 전계 효과 트랜지스터이며,
    상기 제1 스위치 트랜지스터 및 상기 제2 스위치 트랜지스터 각각은 게이트 단자, 드레인 단자 및 소스 단자를 개별적으로 포함하고,
    상기 제1 스위치 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 레이저에 연결되고,
    상기 제1 스위치 트랜지스터의 소스 단자는 상기 제2 스위치 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 상기 출력 전압은 상기 제1 스위치 트랜지스터의 드레인 단자 전압인 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 스위치 트랜지스터는 상기 제2 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 따라 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 트랜지스터는 바이폴라 접합 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 스위치 트랜지스터는 바이폴라 접합 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 스위치 트랜지스터에 연결된 프리드라이버(pre-driver)를 더 포함하고, 상기 제2 스위치 트랜지스터는 상기 프리드라이버에 의해 수신된 입력 펄스 신호에 따라 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 프리드라이버는 상기 제2 스위치 트랜지스터의 등가 입력 임피던스와 상기 입력 펄스 신호의 구동 능력을 매칭시키는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 펄스 레이저 드라이버에 있어서,
    레이저;
    상기 레이저에 연결된 제1 전계 효과 트랜지스터;
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터에 연결되는 제2 전계 효과 트랜지스터; 및
    피드백 제어 모듈을 포함하고,
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터 각각은 게이트 단자, 드레인 단자 및 소스 단자를 개별적으로 포함하고,
    상기 피드백 제어 모듈은 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기를 제어하기 위하여 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하도록 구성되고,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압은 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자 전압이며, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터를 통해 상기 레이저로 흐르는 펄스 전류를 생성하여 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압과 관련된 출력 펄스 레이저 신호를 생성하고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 따라 상기 펄스 전류를 생성하고,
    상기 피드백 제어 모듈은 제5 스위치 트랜지스터, 제6 스위치 트랜지스터, 제3 저항, 제1 아날로그-디지털 변환기, 제1 디지털 신호 프로세서 및 제1 디지털-아날로그 변환기에 의해 형성되는 전류 피드백 디지털 제어 루프를 포함하고,
    상기 제5 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압은 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압과 연관되고,
    상기 제3 저항의 일단의 전압은 제1 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환되고, 상기 디지털 신호는 상기 제1 디지털 신호 프로세서로 전송되고, 상기 제1 디지털 신호 프로세서는 출력 제어 신호를 계산 및 결정하고, 상기 출력 제어 신호는 제1 디지털-아날로그 변환기에 의해 아날로그 신호로 변환되어, 상기 제5 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압 및 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는, 펄스 레이저 드라이버.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 레이저에 연결되고,
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소스 단자는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  18. 제16 항 또는 제17 항에 있어서,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이를 스위칭함으로써 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  19. 제16 항 또는 제17 항에 있어서,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결된 프리드라이버(pre-driver)를 더 포함하고,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 상기 프리드라이버에 의해 수신된 입력 펄스 신호에 따라 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  20. 펄스 레이저 드라이버에 있어서,
    레이저;
    상기 레이저에 연결된 제1 전계 효과 트랜지스터; 및
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터에 연결된 제2 전계 효과 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터 각각은 게이트 단자, 드레인 단자 및 소스 단자를 개별적으로 포함하고,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압은 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자 전압이며, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터를 통해 상기 레이저로 흐르는 펄스 전류를 생성하여 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압과 관련된 출력 펄스 레이저 신호를 생성하고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 따라 펄스 전류를 생성하고, 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 따라 조정 가능하고,
    상기 펄스 레이저 드라이버는 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전류의 크기를 제어하기 위하여 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 상기 게이트 단자 전압을 제어하도록 구성된 피드백 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 피드백 제어 모듈은 제2 증폭기, 제1 전계 효과 트랜지스터 및 제2 전계 효과 트랜지스터에 의해 형성되는 전압 피드백 아날로그 제어 루프를 포함하고,
    제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결된 상기 제2 증폭기의 출력단으로서, 상기 제2 증폭기의 입력단 중 하나는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제2 증폭기의 입력단 중 다른 입력단은 기준 전압에 연결되고,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 샘플링된 드레인 단자 전압 및 기준 전압 사이의 차동 전압은 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 전압에 대한 제어 신호를 제공하기 위해 제2 증폭기에 의해 증폭되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 레이저에 연결되고,
    상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소스 단자는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이를 스위칭함으로써 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결된 프리드라이버(pre-driver)를 더 포함하고,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터는 상기 프리드라이버에 의해 수신된 입력 펄스 신호에 따라 상기 펄스 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  24. 제22 항 또는 제23 항에 있어서,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터가 온 상태일 때,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압에 대응하는 상기 펄스 레이저 드라이버의 상기 출력 전류는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2 전계 효과 트랜지스터가 오프 상태일 때,
    상기 펄스 레이저 드라이버의 상기 출력 전류는 0인 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
  26. 펄스 레이저 드라이버에 있어서,
    레이저;
    상기 레이저와 연결되고, 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압을 정의하는 제1 스위치 트랜지스터;
    상기 제1 스위치 트랜지스터에 연결된 제2 스위치 트랜지스터; 및
    상기 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하도록 구성된 피드백 제어 모듈을 포함하고,
    상기 제2 스위치 트랜지스터는 상기 펄스 레이저 드라이버의 출력 전압과 연관된 출력 펄스 레이저 신호를 생성하기 위해 제1 스위치 트랜지스터를 통해 레이저로 흐르는 펄스 전류를 생성하고,
    상기 피드백 제어 모듈은 제2 아날로그-디지털 변환기, 제2 디지털 신호 프로세서, 제2 디지털-아날로그 변환기, 제1 스위치 트랜지스터 및 제2 스위치 트랜지스터에 의해 형성된 전압 피드백 디지털 제어 루프를 포함하고,
    상기 제2 스위치 트랜지스터의 드레인 단자 전압은 샘플링된 후, 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환되고, 상기 제2 디지털 신호 프로세서는 제어 신호를 결정하기 위해 디지털 신호에 기초하여 계산하고, 상기 제어 신호는 제1 스위치 트랜지스터의 게이트 단자 전압을 제어하기 위해 상기 제2 디지털-아날로그 변환기에 의해 아날로그 신호로 변환되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 드라이버.
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