TW202416612A - 具有適應性開關定時之雷射二極體驅動器 - Google Patents

Abstract

一種脈衝雷射二極體驅動器包括一源極電容器，該源極電容器在一第一端子處接收一再新電流且自該再新電流形成一源極電壓。一電感器之一第一端子連接至該源極電容器之該第一端子。該電感器之一第二端子連接至一雷射二極體之一陽極及一旁路電容器。一或多個開關經組態以控制通過該電感器之一電流。一定時與控制電路經組態以接收該源極電壓且產生用於控制該等開關以產生通過該雷射二極體之一高電流脈衝的一或多個閘極驅動器信號。該高電流脈衝對應於在該雷射二極體之該陽極處形成的一諧振波形之一峰值電流。該一或多個閘極驅動器信號之一定時係基於該源極電壓之一電壓位準。

Description

具有適應性開關定時之雷射二極體驅動器

相關申請案

本申請案主張在2022年10月3日申請之美國非臨時專利申請案第17/937,625號之優先權，該美國非臨時專利申請案之全部以全文引用方式併入本文中。

本發明係有關於具有適應性開關定時之雷射二極體驅動器。

諸如光達(Lidar)的基於雷射之測距系統經常使用脈衝雷射二極體驅動器電路以產生短的高電流脈衝，該電流脈衝通過雷射二極體以發射雷射光之對應脈衝。雷射光之反射脈衝由光達系統接收且用於判定光達系統與反射點之間的距離。光達系統之空間解析度部分地由雷射光之脈衝的寬度判定。因此，通常希望產生具有約5 ns或更小之脈衝寬度的光脈衝。

一些脈衝雷射驅動器電路首先經由電感器形成通量電流，然後將通量電流作為高電流脈衝重定向通過雷射二極體，由此導致光脈衝發射。為了獲得最大功率效率，通常希望通過電感器之通量電流在重定向通過雷射二極體時達到最大振幅。在一些解決方案中，可使用延遲電路對通量電流之形成進行定時以估計通過電感器之最大電流振幅應出現的時間點，該時間點約為雷射驅動器電路之電感-電容(LC)諧振週期之25%。然而，在此等解決方案中，若雷射驅動器電路之電感組件或電容組件中之任一者或兩者發生變化，則必須調整延遲電路之延遲持續時間。

在一些實施例中，一種脈衝雷射二極體驅動器包括一源極電容器，該源極電容器具有i)經組態以接收一再新電流且自該再新電流形成一源極電壓之一第一端子，及ii)電耦接至接地之一第二端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一電感器具有直接電連接至該源極電容器之該第一端子的一第一端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一雷射二極體具有一陽極及一陰極，該陽極直接電連接至該電感器之一第二端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一旁路電容器具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一第一端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一或多個開關經組態以控制通過該電感器之一電流。該脈衝雷射二極體驅動器之一定時與控制電路經組態以接收該源極電壓且產生用於控制該一或多個開關以產生通過該雷射二極體之一高電流脈衝的一或多個閘極驅動器信號，該高電流脈衝對應於在該雷射二極體之該陽極處形成的一諧振波形之一峰值電流，該一或多個閘極驅動器信號之一定時係基於該源極電壓之一電壓位準。

在一些實施例中，一種脈衝雷射二極體驅動器包括一源極電容器，該源極電容器具有i)經組態以接收一再新電流且自該再新電流形成一源極電壓之一第一端子，及ii)電耦接至接地之一第二端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一電感器具有直接電連接至該源極電容器之該第一端子的一第一端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一雷射二極體具有一陽極及一陰極，該陽極直接電連接至該電感器之一第二端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一旁路電容器具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一第一端子。該脈衝雷射二極體驅動器之一旁路開關具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一汲極節點及直接電連接至接地的一源極節點，該旁路開關經組態以控制通過該電感器之一電流。該脈衝雷射二極體驅動器之一定時與控制電路經組態以：接收該源極電壓，且基於判定該源極電壓之一電壓位準小於一臨限電壓來停用該旁路開關以產生通過該雷射二極體之一高電流脈衝，該高電流脈衝對應於在該雷射二極體之該陽極處形成的一諧振波形之一峰值電流。

諸如光達系統的基於雷射之測距系統經常使用脈衝雷射二極體驅動器電路以產生短(例如，1-5 ns)的高電流(例如，40 Amp)脈衝，該脈衝通過雷射二極體以發射雷射光之對應脈衝。一些脈衝雷射驅動器電路首先經由電感器形成通量電流，然後改變開關狀態以將來自電感器之電流沿著第二電流路徑重定向以產生通過雷射二極體之高電流脈衝，由此導致光脈衝發射。為了獲得最大功率效率，通常希望通過電感器之通量電流在重定向通過雷射二極體時達到最大振幅。

本文揭示之適應性開關定時電路可操作以適應性地判定最大通量電流何時經由脈衝雷射二極體驅動器之電感器形成且自動地且適應性地產生最佳開關定時以用於產生通過一或多個雷射二極體之短的高電流脈衝。此上下文中之開關定時意味著脈衝雷射二極體驅動器之開關改變狀態，使得經由脈衝雷射二極體驅動器之電感器形成的電流被重定向而使得該電流通過一或多個雷射二極體時的時間點。

與依賴電路的固定且通常不可避免之寄生電容及寄生電感的習知解決方案相比，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器使用可調諧振電路產生高電流超短脈衝。可調諧振電路提供可易於調諧之參數，該等參數控制脈衝雷射二極體驅動器之脈衝寬度、峰值電流、充電時間、恢復時間、衰減時間及其他可調參數。用於驅動本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器的開關順序之實施例可操作以在雷射二極體之陽極處產生諧振波形以產生通過雷射二極體之高電流脈衝，該諧振波形之電壓位準有利地足以支援高電流脈衝，但電壓位準不超過產生高電流脈衝所需之電壓。

此類脈衝雷射二極體驅動器之實施例可有利地使用低輸入電壓(例如，6 V、9 V、15 V等)產生高電流脈衝且由此可使用矽基開關，而非許多習知解決方案所使用之GaN基開關。因此，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器中的任一者可整合至單個半導體晶粒中。本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之實施例使用有意添加至脈衝雷射二極體驅動器之分立電感器(例如，通孔或表面安裝組件)以產生諧振波形，而非依賴脈衝雷射二極體驅動器之(例如，雷射二極體、接合線或電路間連接的)寄生電感。因此，本文揭示之雷射驅動器之實施例可易於調諧且具有可重現之架構。相比之下，習知脈衝雷射二極體驅動器通常使用多種技術來克服脈衝雷射二極體驅動器及雷射二極體本身之寄生電感的影響，因此避免有意向脈衝雷射二極體驅動器添加額外之電感。除了此類有意添加之電感器之外，與僅具有儲能電容器或僅考慮脈衝雷射二極體驅動器之不可調寄生電容的習知解決方案相比，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器有利地包括旁路電容器，設計者可使用旁路電容器來容易地調諧雷射二極體發射之所要脈衝寬度。再一次，此類習知解決方案避免了向脈衝雷射二極體驅動器添加額外之電容。

由於習知解決方案依賴習知雷射驅動器之寄生電容及寄生電感，因此修改參數(諸如脈衝寬度)可能需要對習知解決方案進行重新設計或重新佈局。相比之下，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之參數(諸如脈衝寬度)可藉由簡單地改變組件值來進行調整。

圖1為根據一些實施例的第一普通拓撲之用於使用低側開關驅動雷射二極體的脈衝雷射二極體驅動器101之簡化電路示意圖。脈衝雷射二極體驅動器101通常包括儲能電容器「源極電容器」C _S(即，不表示另一組件之寄生電容的實體組件)、可選阻尼電阻器R _Damp、備用可選阻尼電阻器R’ _Damp、電感器L _S(即，不表示另一組件之寄生電感的實體組件)、旁路電容器C _BP(即，不表示另一組件之寄生電容的實體組件)、雷射二極體D _L、旁路開關M _BP、雷射二極體開關M _DL及可選放電開關M _DAMP。雷射二極體開關M _DL經組態為低側開關。亦展示出實施適應性開關定時之定時與控制電路120、節點110、112、再新電流i _Refresh、電壓感測信號V _Sense、雷射二極體之D _L寄生電感L _DL、DC輸入電壓V _in、源極電容器C _S處之源極電壓V _S、通過電感器L _S之通量電流i _LS、通過雷射二極體D _L之電流i _DL、旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP、雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL、組態資料CFG及放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP。

如圖1所示，在一些實施例中，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器包括備用可選阻尼電阻器R’ _Damp及可選放電開關M _DAMP，該兩者與其源極電容器C _S並聯連接以在經由放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP啟用放電開關M _DAMP時使源極電容器C _S快速放電。在此類實施例中，可有利地去除阻尼電阻器R _DAMP，且源極電容器C _S改為直接連接至接地，而非經由阻尼電阻器R _DAMP耦接至接地。類似地，在包括阻尼電阻器R _Damp之實施例中，可去除備用可選阻尼電阻器R’ _Damp及可選放電開關M _DAMP。

定時與控制電路120回應於源極電容器C _S之充電位準(即，源極電壓V _S)來控制再新電流i _Refresh之電流振幅。再新電流i _Refresh之振幅繼而控制源極電容器C _S充電或「再新」之快慢程度。雖然希望盡可能快地對源極電容器C _S充電，但此類快速充電可能在源極電容器C _S處導致非所要之電壓過衝。因此，定時與控制電路120之一個作用為最佳化源極電容器C _S之充電速率，同時防止電壓過衝。另外，定時與控制電路120可操作以控制用於開關閘極驅動器信號GATE _DL、GATE _BP及GATE _DAMP之信號定時。對源極電容器C _S之充電速率優化詳細地描述於在2022年3月3日申請之美國專利申請案第17/653,349號中，且該美國專利申請案之全部係以全文引用之方式併入本文中。

如本文所述，用於開關閘極驅動器信號GATE _DL、GATE _BP及GATE _DAMP之信號定時由定時與控制電路120有利地控制，使通過電感器L _S之電流i _LS在電流i _LS達到最大振幅(「最大通量電流振幅」)之前未被引導通過雷射二極體 _DL。當脈衝雷射二極體驅動器101之電感組件及/或電容組件的值發生變化時，定時與控制電路120適應性地調整開關閘極驅動器信號定時。此類變化包括(例如，設計者或最終使用者做出之)有意變化及/或無意變化(例如，在電路之操作壽命期間或由於溫度變化引起的組件值之參數變化)。如下所述，定時與控制電路120可操作以適應性地調整開關閘極驅動器信號定時，以藉由監測源極電容 _CS之節點110處形成的電壓V _S之振幅且對該振幅起反應來達成最大通量電流振幅。

詳言之，電感器L _S及電容器C _S形成脈衝雷射二極體驅動器101之電感-電容(LC)電路的各自電感組件及電容組件。正如本領域所熟知的，在此種LC電路之電容器處形成的電壓與通過該電路之電感器的電流之間存在90度相移。因此，當源極電容器C _S處之電壓V _S處於最小電壓幅值時，通過電感器L _S之電流i _LS處於最大電流振幅。藉由偵測到源極電容器C _S處的源極電壓V _S之電壓最小值出現，當電流i _LS接近最大電流振幅時，定時與控制電路120有利地將通過雷射二極體D _L之電流i _LS重定向。

脈衝雷射二極體驅動器101之拓撲相對於旁路電容器C _BP之置放而改變。在脈衝雷射二極體驅動器101之每種拓撲中，定時與控制電路120經組態以直接電連接至DC輸入電壓V _in。DC輸入電壓V _in可為來自固定電壓源之固定電壓或可為來自可變電壓源(諸如來自數位至類比轉換器(DAC) (未示出))之電壓。DC輸入電壓V _in之電壓位準可由固定或可變電壓源根據各別脈衝雷射二極體驅動器發射之雷射脈衝之所要振幅來設定。

在脈衝雷射二極體驅動器101之一些拓撲中，源極電容器C _S之第一端子直接電連接至定時與控制電路120，且源極電容器C _S之第二端子直接電連接至阻尼電阻器R _Damp之第一端子。阻尼電阻器R _Damp之第二端子直接電連接至諸如接地之偏壓電壓節點。因此，源極電容器C _S之第二端子電耦接至偏壓電壓節點。電感器L _S之第一端子直接電連接至定時與控制電路120及源極電容器C _S之第一端子。再新電流i _Refresh自定時與控制電路120流至源極電容器C _S以在源極電容器C _S處形成源極電壓V _S。旁路開關M _BP之汲極節點直接電連接至電感器L _S之第二端子，且旁路開關M _BP之源極節點直接電連接至偏壓電壓節點。雷射二極體D _L之陽極直接電連接至電感器L _S之第二端子，且雷射二極體D _L之陰極直接電連接至雷射二極體開關M _DL之汲極節點。雷射二極體開關M _DL之源極節點直接電連接至偏壓電壓節點。

旁路開關M _BP經組態以在閘極節點處接收旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP，旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP可操作以基於旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP之電壓位準來接通或關斷旁路開關M _BP。類似地，雷射二極體開關M _DL經組態以在閘極節點處接收雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL，雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL可操作以基於雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL之電壓位準來接通或關斷雷射二極體開關M _DL。在一些實施例中，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器電路包括用於驅動一或多個高側開關之一或多個自舉電路或其他位準轉換電路。旁路開關M _BP及/或雷射二極體開關M _DL中之任一者或兩者可實施為N型開關或P型開關。在一些實施例中，旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL實施為矽基或碳化矽基場效應電晶體(FET)。本文中描述為具有直接電連接之端子的兩個或更多個組件在該兩個或更多個組件之各別端子之間具有DC電流路徑。舉例而言，第一組件及第二組件未經由串聯連接在第一組件與第二組件之間的電容器或電感器直接電連接。

如圖1之脈衝雷射二極體驅動器101之簡化電路示意圖所示，在一些實施例中，旁路電容器C _BP之第一端子直接電連接至電感器L _S之第二端子及雷射二極體D _L之陽極。在此類實施例中，旁路電容器C _BP之第二端子直接電連接至偏壓電壓節點。在其他實施例(未示出)中，旁路電容器C _BP之第一端子直接電連接至電感器L _S之第二端子及雷射二極體D _L之陽極。旁路電容器C _BP之第二端子直接電連接至源極電容器C _S之第二端子。在另外其他實施例(未示出)中，旁路電容器C _BP之第一端子直接電連接至電感器L _S之第二端子及雷射二極體D _L之陽極。在此類實施例中，旁路電容器C _BP之第二端子直接電連接至雷射二極體開關M _DL之汲極端子及雷射二極體D _L之陰極。

在一些實施例中，脈衝雷射二極體驅動器101經組態以接收電壓範圍為約10 V至20 V之DC輸入電壓V _in，該輸入電壓有利地低於許多習知脈衝雷射二極體驅動器使用之輸入電壓。電感器L _S為添加至脈衝雷射二極體驅動器101之實體組件(即，與諸如結合線之組件或互連件導致的寄生電感之表示相反)。類似地，旁路電容器C _BP為添加至脈衝雷射二極體驅動器101之實體組件(即，與寄生電容之表示相反)。使用實體電感器及電容器組件而非使用寄生電感之一個優點為電感器L _S及旁路電容器C _BP之值可易於由設計者或甚至最終使用者修改。相比之下，依賴寄生電抗之習知設計可能需要重新設計及/或重新佈局以改變操作參數。

對於一些應用，由諧振電路(諸如本文揭示之諧振電路中之任一者)遞送的高電流脈衝之振幅可能需要逐脈衝地進行振幅調整。因此，在一些實施例中，本文揭示之脈衝雷射驅動器101/401中之任一者有利地可操作以基於脈衝來組態遞送至一或多個雷射二極體之高電流脈衝的振幅。在此類實施例中，DC輸入電壓V _in有利地由可調電壓源(即，數位至類比轉換器(DAC)) (未示出)提供。在一些實施例中，使用定時與控制電路120來設定可調電壓源之輸出電壓位準。由於此類實施例之宜較低之輸入電壓要求，因此使用可調電壓源(諸如DAC)為本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器電路提供DC輸入電壓V _in係可能的。在一些實施例中，控制可調電壓源，使得可調電壓源僅在開關循環之第一部分期間對本文描述之源極電容器C _S充電。因此，DC輸入電壓V _in之值及遞送至本文揭示之雷射二極體的高電流脈衝之電流振幅可有利地在通過雷射二極體之連續高電流脈衝之間改變。

如本文所揭示，可有利地選擇(「調諧」) DC輸入電壓V _in、電感器L _S之電感、源極電容器C _S之電容、阻尼電阻器R _Damp或備用可選阻尼電阻器R’ _Damp(若使用)之電阻及旁路電容器C _BP之電容的值，以達成脈衝雷射二極體驅動器101之所要操作(例如，充電時間、脈衝寬度、脈衝電壓、脈衝電流)。舉例而言，可藉由調整旁路電容器C _BP之電容值來調諧流過雷射二極體D _L之電流i _DL之脈衝寬度。流過雷射二極體D _L之電流i _DL之脈衝的峰值電流位準可藉由調整源極電容器C _S上之源極電壓V _S來調諧。可調諧源極電容器C _S之電容值以調整電流脈衝之定時延遲及通過雷射二極體D _L之電流i _DL之上限範圍。阻尼電阻器R _Damp及備用可選阻尼電阻器R’ _Damp(若使用)之電阻值取決於源極電容器C _S之電容值且可在一值範圍內進行調諧，使得在較低電阻下，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之低頻諧振係欠阻尼的(例如，在約R _Damp= 0.1歐姆下)或係臨界阻尼的(例如，在約R _Damp= 0.4歐姆下)。當源極電容器C _S與可選阻尼電阻器R _Damp串聯時，形成串聯RLC電路，且應相應地計算由設計者選擇以使該電路臨界阻尼的阻尼電阻器R _Damp之值。相比之下，當備用可選阻尼電阻R’ _Damp與放電開關M _DAMP串聯且放電開關M _DAMP被啟用時，並聯RLC電路形成，且應相應地計算由設計者選擇以使該電路臨界阻尼的備用可選阻尼電阻器R’ _Damp之值。可選阻尼電阻器R _Damp及備用可選阻尼電阻器R’ _Damp可單獨操作以防止產生之諧振波形的電流變為負，由此可實現旁路開關M _BP或雷射二極體開關M _DL之體二極體。儘管對於臨界阻尼情況，通過雷射二極體D _L之電流i _DL的所得最大電流位準較低，但該電流位準可藉由升高DC輸入電壓V _in之電壓位準而容易地調整。在其他實施例中，阻尼電阻器R _Damp被完全自設計移除(即，源極電容器C _S之第二端直接電連接至偏壓電壓節點)。在另外其他實施例中，阻尼電阻器R _Damp之電阻值經設定為零歐姆。如本文所揭示，隨著此等值經過調整或調諧，定時與控制電路120可有利地操作以調整本文揭示之脈衝諧振雷射二極體驅動器電路之閘極控制信號的定時，使得通過電感器L _S之電流在電感器電流處於最大振幅時通過雷射二極體。

在一些實施例中，DC輸入電壓V _in為約15 V，電感器L _S之電感為約6 nH，源極電容器C _S之電容為約100 nF，阻尼電阻器R _Damp之電阻為約0.1歐姆，且旁路電容器C _BP之電容為約1nF。在一些實施例中，阻尼電阻器R _Damp之第一端子處的電壓由定時與控制電路120接收以提供對通過阻尼電阻器R _Damp之電流的指示。

在本文揭示之實施例中的一些或全部中，為了產生通過雷射二極體(或多個雷射二極體) D _L之約40A高電流脈衝，DC輸入電壓V _in可在10伏至15伏之範圍內。在一些此類實施例中，電感器L _S之電感可在5 nH至10 nH之範圍內，電感值判定用於產生所需電流之流通延遲量。在一些此類實施例中，電感器L _S之電感被選擇為比脈衝雷射二極體驅動器實施所在的印刷電路板(PCB)之寄生電感大一個數量級。在一些實施例中，阻尼電阻器之電阻R _S在100毫歐至200毫歐之範圍內。旁路電容器C _BP之電容判定通過雷射二極體D _L之高電流脈衝的脈衝寬度，且在一些實施例中，電容範圍為1 nF至5 nF。在一些此類實施例中，取決於所需或所要的通過雷射二極體D _L之高電流脈衝之峰值電流，源極電容器C _S之電容在25 nF至100 nF之範圍內。源極電容器C _S愈小，獲得通過雷射二極體D _L之高電流脈衝的所需或所要峰值電流需要的DC輸入電壓V _in愈高。在一些此類實施例中，選擇仍可遞送通過雷射二極體D _L之高電流脈衝的所需或所要峰值電流的源極電容器C _S之最小電容值，因為在高電流脈衝之後的所有剩餘能量被分流至接地且被浪費，由此降低脈衝雷射二極體驅動器之功率效率。

定時與控制電路120可與本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之任何實施例整合，或其可為在本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之任何實施例外部的電路或模組。定時與控制電路120可操作以產生一或多個閘極驅動信號，該一或多個閘極驅動信號之電壓位準足以控制雷射二極體開關M _DL、放電開關M _DAMP及旁路開關M _BP(即，改變該等開關之狀態)。另外，定時與控制電路120可操作以感測節點110及112中之任一者處及與本文描述之節點110及112類似或相同之節點處或本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之另外其他節點處的電壓及/或電流。定時與控制電路120可包括一或多個定時電路、查找表、處理器、記憶體或用於控制本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器的其他模組。關於圖2A至圖2D之簡化圖201至207詳細地解釋脈衝雷射二極體驅動器101之操作且在圖3中展示出實例開關順序300。

圖2A至圖2D根據一些實施例展示與圖1所示之脈衝雷射二極體驅動器101之操作有關的信號之簡化圖201至207。然而，與本文揭示之其他脈衝雷射二極體驅動器之操作有關的信號與簡化圖201至207所示之信號類似或相同。

簡化圖201圖示旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220的電壓圖、雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221的電壓圖、通過電感器L _S之電流i _LS222的電流圖、通過雷射二極體D _L之電流i _DL223的電流圖及源極電容器C _S處之源極電壓V _S224的電壓圖，以上各圖皆針對相同之持續時間繪製。在下文描述此等信號之細節。為了易讀性，旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220之電壓圖及雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221之電壓圖已經過位準移位，但實際上為低電壓輸入。另外，旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220及雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221之電壓圖假設雷射二極體開關M _DL及旁路開關M _BP為N型FET裝置。然而，若改為使用P型FET裝置，則將旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220及雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221之極性反轉。

於在旁路開關M _BP之閘極節點處(例如，自定時與控制電路120)接收到旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220之宣告位準時，旁路開關M _BP被啟用(即，轉換至接通狀態)。類似地，於在雷射二極體開關M _DL之閘極節點處(例如，自定時與控制電路120)接收到雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221之宣告位準時，雷射二極體開關M _DL被啟用。如圖202中所突出顯示，當旁路開關M _BP被啟用時，升高電流i _LS222開始流過電感器L _S，由此在電感器L _S處建立磁通。當電流i _LS222已達到所要位準(例如，如由本文揭示之定時與控制電路120所判定的)時，在旁路開關M _BP之閘極節點處(例如，自定時與控制電路120)接收到旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220之解除宣告位準，由此停用旁路開關M _BP(即，轉換至斷開狀態)。如圖203中所突出顯示，當旁路開關M _BP被停用時，在沒有其他電流路徑之情況下已通過電感器L _S建立之電流i _LS222經重定向通過雷射二極體D _L，從而導致短(例如，1 ns至5 ns)的高電流脈衝(例如，＞ 30A)流過雷射二極體D _L，由此導致雷射二極體D _L發射雷射光脈衝。

由於磁通量形式之能量已儲存於電感器L _S處，因此流過雷射二極體D _L之高電流脈衝i _DL可明顯大於流過電感器L _S之電流i _LS。本文揭示之雷射二極體驅動器之無功組件的值可有利地經選擇以產生高電流脈衝i _DL之所要電流振幅。

在自雷射二極體D _L發射後，旁路開關M _BP由旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220之宣告位準重新啟用，且雷射二極體開關M _DL由雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221之宣告位準維持在啟用狀態。如圖204中所突出顯示，由於儲存於源極電容器C _S處之源極電壓V _S224放電，因此旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL均有利地維持在啟用狀態。如圖205中所突出顯示，當旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL維持在啟用狀態時，通過雷射二極體D _L(且重要地，通過雷射二極體D _L之寄生電感L _DL)之電流i _DL223減小至零。此後，旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL兩者由旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220及雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL221之解除宣告位準(例如，來自定時與控制電路120)停用。由於雷射二極體開關M _DL在通過雷射二極體D _L之寄生電感L _DL的電流已減小至零之前不會被停用，因此高電壓突波並未在雷射二極體D _L之陽極處有利地形成，此係因為通過寄生電感L _DL之電流沒有急速變化。與習知解決方法相比，由於此等高電壓突波得到有利地減輕，因此雷射二極體開關M _DL無需選擇承受高電壓，由此簡化設計且降低本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器的成本。另外，與習知解決方案相比，由於此等高電壓突波得到減輕，因此本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器不需要在習知解決方案中常用的電壓緩衝電路，由此進一步簡化設計且降低本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器的成本。

高電流脈衝223為由脈衝雷射二極體驅動器電路之無功組件形成的諧振波形之第一且最大的尖峰。此等無功組件包括源極電容器C _S、電感器L _S、雷射二極體D _L之寄生電感L _DL及旁路電容器C _BP。除了上述優點之外，在高電流脈衝223產生之後，旁路開關M _BP亦減少諧振波形之後續諧振波形「振鈴」。如圖206所示，若旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220’在產生高電流脈衝i _DL223’後未宣告，則振鈴出現在通過電感器L _S之電流i _LS222’上、通過雷射二極體D _L之電流i _DL223’上及源極電容器C _S處之源極電壓V _S224’上。如所示，通過雷射二極體D _L之高電流脈衝223’對應於在雷射二極體D _L之陽極處形成的電流i _DL223’之諧振波形的峰值(例如，最大或局部最大振幅)電流。

如上所述，源極電容器C _S、電感器L _S及旁路電容器C _BP之值可有利地由設計者或最終使用者來選擇或「調諧」以滿足本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之所要效能標準。舉例而言，旁路電容器C _BP之電容值可基於通過雷射二極體D _L之電流i _DL的所要脈衝寬度來選擇。圖207展示當旁路電容器C _BP之電容等於1 nF時所產生的高電流脈衝223，及當旁路電容器C _BP之電容等於4 nF時所產生的脈衝223”。在需要諸如脈衝223”之較寬脈衝的使用情況下，源極電壓V _S可相應地升高。另外，在一些實施例中，旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP220之解除宣告部分之寬度經加寬以適應較寬脈衝。

根據一些實施例，且如參考圖2A至圖2C所描述，圖3圖示用於圖1所示之脈衝雷射二極體驅動器101之操作的實例開關順序300之一部分。然而，開關順序300與有關於本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器的其他實施例之操作的各別開關順序類似或相同。

在預充電步驟301，旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL斷開(即，不導通)。在預充電步驟301期間，源極電容器C _S由藉由定時與控制電路120產生之再新電流i _Refresh充電。在預流通步驟302，旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL轉換至接通狀態，由此允許電流i _LS流過電感器L _S以將能量以磁通量形式儲存在電感器L _S處。即使開關(M _DL、M _BP)在預流通步驟302均處於接通狀態，但由於需要克服雷射二極體D _L之帶隙電壓以允許電流流過雷射二極體D _L，因此通過旁路開關M _BP之旁路路徑將承載所有電流i _LS。

在一些實施例中，在旁路開關M _BP轉換至接通狀態後，雷射二極體開關M _DL轉換至接通狀態。在脈衝產生步驟303，旁路開關M _BP轉換至斷開狀態，而雷射二極體開關M _DL維持在接通狀態，由此產生通過雷射二極體D _L之高電流脈衝。如本文所揭示，在定時與控制電路120判定通過電感器L _S之電流i _DL達到或接近最大電流振幅時，旁路開關M _BP轉換至斷開狀態。在脈衝產生步驟303期間，定時與控制電路120不產生再新電流i _Refresh。當旁路開關M _BP轉換至斷開狀態時，雷射二極體D _L之陽極處的電壓快速地升高，直至雷射二極體D _L之帶隙電壓被克服且雷射二極體D _L開始傳導電流。由於由旁路電容器C _BP及雷射二極體D _L之寄生電感L _DL形成的諧振電路，因此在雷射二極體D _L之陽極處形成的電壓將有利地升高至克服雷射二極體D _L之帶隙電壓所必需的那般高且通吃比源極電壓V _S高。

在放電步驟304，旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL維持在接通狀態以汲取儲存在源極電容器C _S處之電荷，由此減小通過寄生電感L _DL之電流i _DL，以在雷射二極體開關M _DL轉換至斷開狀態時有利地消除雷射二極體D _L之陽極處的高電壓突波。在放電步驟304期間，定時與控制電路120不產生再新電流i _Refresh。在包括可選放電開關M _DAMP及圖1所示之備用可選阻尼電阻器R’ _Damp的實施例中，在放電步驟304期間，放電開關M _DAMP經由放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP啟用以使源極電容器C _S快速放電。在步驟301、302、303及305期間，停用放電開關M _DAMP。

在步驟305，旁路開關M _BP及雷射二極體開關M _DL轉換至斷開狀態，由此返回至步驟301處之預充電狀態。由於源極電容器C _S處之源極電壓V _S在放電步驟304結束時完全放電，因此幾乎沒有電流通過雷射二極體D _L。因此，當開關M _DL及M _BP在步驟305轉換至斷開狀態時，有利地存在非常小的過衝，由此防止損害雷射二極體D _L及開關M _DL及M _BP。在一些實施例中，選擇總脈衝信號及旁路信號之時間間隔，使得源極電容器C _S在開關M _DL及M _BP在步驟305轉換至斷開狀態之前完全放電。

在下文揭示具有與脈衝雷射二極體驅動器101相同或類似之優點且具有類似操作的脈衝雷射驅動器之其他拓撲。本文揭示之實例拓撲並非具有與脈衝雷射二極體驅動器101相同或類似之優點且具有類似操作的可能拓撲之詳盡列表。舉例而言，熟習此項技術者將瞭解，能夠進行一些修改，同時仍遵守本文揭示之一般操作原理。此類修改包括旁路電容器C _BP之置放、組件值及添加提供DC電流路徑之串聯連接的組件。

圖4根據一些實施例展示第二普通拓撲之脈衝雷射二極體驅動器401之簡化電路示意圖。脈衝雷射二極體驅動器401通常包括參考圖1描述之定時與控制電路120、源極電容器C _S、可選阻尼電阻器R _Damp、備用可選阻尼電阻器R’ _Damp、電感器L _S、旁路電容器C _BP、雷射二極體D _L、旁路開關M _BP及放電開關M _DAMP。放電開關M _DAMP經組態為低側開關。亦展示出再新電流i _Refresh、節點110、雷射二極體D _L之寄生電感L _DL、DC輸入電壓V _in、源極電容器C _S處之源極電壓V _s、通過電感器L _S之電流i _LS、通過雷射二極體D _L之電流i _DL、旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP及放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP。

如圖4所示，源極電容器C _S之第一端子經組態以自定時與控制電路120接收再新電流i _Refresh。源極電容器C _S之第一端子直接電連接至雷射二極體D _L之陰極、旁路電容器C _BP之第一端子、電感器L _S之第一端子及備用可選阻尼電阻器R’ _Damp之第一端子。源極電容器C _S之第二端子直接電連接至諸如接地之偏壓電壓節點，或經由可選阻尼電阻器R _Damp電連接至諸如接地之偏壓電壓節點。備用可選阻尼電阻器R' _Damp之第二端子直接電連接至放電開關M _DAMP之第一端子。可選阻尼電阻器R _Damp之第二端子及放電開關M _DAMP之第二端子直接電連接至諸如接地之偏壓電壓節點。雷射二極體D _L之陽極直接電連接至『』旁路電容器C _BP之第二端子、電感器L _S之第二端子及旁路開關M _BP之汲極節點。旁路開關M _BP之源極節點直接電連接至諸如接地之偏壓電壓節點。

旁路開關M _BP經組態以在閘極節點處(例如，自定時與控制電路120)接收旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP，旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP可操作以基於旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP之電壓位準而接通或關斷旁路開關M _BP。類似地，放電開關M _DAMP經組態以在閘極節點處(例如，自定時與控制電路120)接收放電開關閘驅動器信號GATE _DAMP，放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP可操作以基於放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP之電壓位準而接通或關斷放電開關M _DAMP。旁路開關M _BP及/或放電開關M _DAMP中之任一者或兩者可實施為N型開關或P型開關。在一些實施例中，旁路開關M _BP及/或放電開關M _DAMP被實施為矽基或碳化矽基場效應電晶體(FET)。

在一些實施例中，脈衝雷射二極體驅動器401經組態以接收電壓範圍為約10 V至20 V之DC輸入電壓V _in，該輸入電壓有利地低於許多習知脈衝雷射二極體驅動器使用之輸入電壓。電感器L _S為添加至脈衝雷射二極體驅動器401之實體組件(即，與諸如結合線之組件或互連件導致的寄生電感之表示相反)。類似地，旁路電容器C _BP為添加至脈衝雷射二極體驅動器401之實體組件(即，與寄生電容之表示相反)。使用實體電感器及電容器組件而非使用寄生電感及電容之一個優點為電感器L _S及旁路電容器C _BP之值可容易由設計者或甚至最終使用者修改。相比之下，依賴寄生電抗之習知設計可能需要重新設計及/或重新佈局以改變操作參數。

如本文所揭示，DC輸入電壓V _in、電感器L _S之電感、源極電容器C _S之電容、可選阻尼電阻器R _Damp之電阻及旁路電容器C _BP之電容的值可有利地經選擇(「調諧」)以達成脈衝雷射二極體驅動器401之所要操作(例如，充電時間、脈衝寬度、脈衝電壓、脈衝電流)。舉例而言，可藉由調整旁路電容器C _BP之電容值來調諧流過雷射二極體D _L之電流i _DL之脈衝寬度。流過雷射二極體D _L之電流i _DL之脈衝的峰值電流位準可藉由調整源極電容器C _S上之源極電壓V _S來調諧。源極電容器C _S之電容值可經調諧以調整高電流脈衝之定時延遲及通過雷射二極體D _L之電流i _DL的上限範圍。阻尼電阻器R _Damp之電阻值取決於源極電容器C _S之電容值且可在一值範圍內調諧，使得在較低電阻下，本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之低頻諧振係欠阻尼的(例如，在約R _Damp= 0.1歐姆下)或係臨界阻尼的(例如，在約R _Damp= 0.4歐姆下)。阻尼電阻器R _Damp可操作以防止產生之諧振波形的電流變為負，如此可由此啟用旁路開關M _BP之體二極體。儘管對於臨界阻尼情況，通過雷射二極體D _L之電流i _DL的所得最大電流位準較低，但該電流位準可藉由升高DC輸入電壓V _in之電壓位準而容易地調整。

在一些實施例中，DC輸入電壓V _in為約15 V，電感器L _S之電感為約6 nH，源極電容器C _S之電容為約100 nF，阻尼電阻器R _Damp之電阻為約0.1歐姆，且旁路電容器C _BP之電容為約1 nF。在一些實施例中，阻尼電阻器R _Damp之第一端子處的電壓由定時與控制電路120接收以提供對通過阻尼電阻器R _Damp之電流的指示。

在操作期間，源極電容器C _S藉由旁路開關M _BP經由電感器L _S放電。此組態提供通過雷射二極體L _DL之最大峰值電流，但需要串聯阻尼電阻器R _Damp以防止波形在長持續時間內振鈴。直至振鈴停止且電壓及電流為零，旁路開關M _BP才能斷開。不幸地，只要電流流過阻尼電阻器R _Damp，阻尼電阻器R _Damp即消耗電力。因此，在一些實施例中，阻尼電阻器R _Damp為零歐姆或為短路連接，且放電開關M _DAMP在脈衝發射之後使源極電容器C _S經由備用可選阻尼電阻器R’ _Damp快速放電。

另外，雖然起初看起來係將源極電容器C _S與雷射二極體DL串聯置放將升高所需陽極電壓以對雷射二極體D _L施加脈衝，但源極電容器C _S之電壓及電流彼此90度異相。由於通過雷射二極體D _L之電流脈衝有利地與峰值電流振幅對準，因此歸因於90度相移，此時的源極電容器C _S處之電壓為零。在一些實施例中，高電流脈衝之開始可藉由感測源極電容器C _S處之源極電壓V _S何時為零來判定，此時通過雷射二極體D _L之高電流脈衝將開始。舉例而言，圖5根據一些實施例展示與上述的脈衝雷射二極體驅動器101或401之操作有關的信號之簡化圖501。簡化圖501圖示通過電感器L _S之電流i _LS504的電流圖、通過雷射二極體D _L之電流i _DL506的電流圖、源極電容器C _S處之源極電壓V _S502的電壓圖、臨限電壓508 (Vthresh，在下文描述)、第一感興趣時間點509及第二感興趣時間點510，所有這些都在相同的持續時間 t上。如所示，通過電感器L _S之電流i _LS504的峰值振幅與在時間510跨過零伏的源極電壓V _S502之電壓位準同時出現。

詳言之，當旁路開關M _BP在第一感興趣時間509被啟用時，儲存於源極電容器C _S之能量開始通過電感器L _S放電。因此，隨著源極電容器C _S處之源極電壓V _S502下降，通過電感器L _S之電流i _LS504增大。在時間510，通過電感器L _S之電流i _LS504的振幅達到或接近最大值，且源極電壓V _S502之阻尼諧波正弦波出現在源極電容器C _S(即，節點110)處。當電流i _LS504之峰值振幅出現時，源極電壓V _S502之阻尼諧波正弦波接近零伏或低於零伏。因此，關斷旁路開關M _BP以允許通量電流i _LS504重定向通過雷射二極體D _L以形成高電流脈衝i _DL506之最佳時間係源極電容器C _S處之源極電壓V _S502接近或跨過零伏時。

圖6根據一些實施例展示圖1及圖4所示之定時與控制電路120之簡化電路示意圖。如所示，定時與控制電路120通常包括如所示地耦接的再新電流控制電路602、臨限電壓產生器電路604、電壓比較電路606及開關定時控制電路608。亦示出了再新電流i _Refresh、電壓感測信號V _Sense、控制信號Ctrl、過零偵測信號ZeroCrossing、旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP、放電開關閘極驅動器信號GATE _DAMP、雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL及DC輸入電壓V _in。

如上所述，定時與控制電路120可操作以使本文揭示之脈衝雷射二極體驅動器之開關定時同步，使得藉由在通量電流i _LS之峰值幅值達到最大值時停用旁路開關M _BP，引導經由電感器L _S形成的通量電流i _LS通過雷射二極體D _L。然而，儘管通過電感器L _{S 之}通量電流i _LS的峰值振幅在源極電容器C _S處之電壓V _S約為零伏時出現，但比較器電路通常在輸入電壓大於零伏時工作得更好，因為該等比較器電路通常在單個低電壓電源(例如，3-5伏)下工作。因此，在一些實施例中，選擇臨限電壓Vthresh (例如，圖5所示之臨限電壓508)為大於0伏之電壓。舉例而言，在一些實施例中，臨限電壓Vthresh小於2伏。在其他實施例中，臨限電壓Vthresh小於1伏。在另外其他實施例中，臨限電壓Vthresh小於源極電壓Vin之一百分比(例如，1%、2%、3%，或另一合適值)。

電壓比較電路606接收來自臨限電壓產生器電路604之臨限電壓Vthresh且接收來自節點110的源極電容器C _S處之感測電壓V _Sense。感測電壓V _Sense為或代表在源極電容器C _S處形成的源極電壓V _S。電壓比較電路606將臨限電壓Vthresh之電壓振幅與感測電壓V _Sense之電壓振幅進行比較且輸出對應位準的ZeroCrossing信號。在所示實例中，若感測電壓V _Sense大於或等於臨限電壓Vthresh，則電壓比較電路606輸出解除宣告位準的ZeroCrossing信號。若感測電壓V _Sense小於臨限電壓Vthresh，則電壓比較電路606輸出宣告位準的ZeroCrossing信號。然而，在其他實施例中，電壓比較電路606之輸出位準可反相。在一些實施例中，臨限電壓產生器電路604包括用於產生臨限電壓Vthresh之帶隙電壓參考電路(未示出)。帶隙電壓參考電路係一種與溫度無關的參考電壓電路，其產生固定電壓而不受電源變化、溫度變化或來自裝置之電路負載的影響。在一些實施例中，臨限電壓產生器電路604之帶隙電壓參考電路產生振幅為約1.2 V之臨限電壓Vthresh。

在接收到宣告位準的ZeroCrossing信號，開關定時控制電路608使用旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP短暫停用旁路開關M _BP(例如，1-3 ns脈衝)，如參考圖3之步驟303所描述。在本文揭示的包括雷射二極體開關M _DL及/或放電開關M _DAMP之脈衝雷射二極體驅動器101/401的實施例中，開關定時控制電路608另外可操作以產生分別用於控制雷射二極體開關M _DL及/或放電開關M _DAMP之閘極驅動器信號GATE _DL及GATE _DAMP(例如，根據參考圖3描述之步驟301至305)。

在一些實施例中，開關定時控制電路608包括鎖存電路(未示出)，以確保僅考慮雷射二極體開關循環之正確部分，且因此確保對於每一開關循環，僅使用來自電壓比較電路606之一個脈衝。舉例而言，參考圖5，鎖存電路確保當源極電壓V _S502在感興趣時間510轉換至小於臨限電壓508之電壓位準時，開關定時控制電路608考慮電壓比較電路606所發射之脈衝，但在感興趣時間510之後且在同一開關循環內的源極電壓V _S502之後續振鈴被開關定時控制電路608忽略。

由於臨限電壓Vthresh大於零伏，因此當電壓V _S仍大於零伏時，電壓比較電路606相應地輸出宣告位準的ZeroCrossing信號。然而，由於定時與控制電路120及旁路開關M _BP之開關傳播定時，旁路開關M _BP將在源極電容器處之電壓V _S的振幅甚至低於臨限電壓Vthresh時改變狀態，此係因為源極電容器C _S處之電壓V _S在繼續下降。因此，用於停用旁路開關M _BP之1-3 ns旁路開關閘極驅動器信號脈衝將跨過通量電流i _LS之峰值電流，由此為脈衝雷射二極體驅動器101及401提供與不使用本文揭示之通量電流定時方法的脈衝雷射二極體驅動器電路相比更高的功率效率。

圖7為雷射二極體D _L之陽極處的電壓之電壓振幅信號702a至702e、通過雷射二極體D _L之電流i _DL的電流振幅信號704a至704e、旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 706a至706e及各旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 706a至706e之脈衝708a至708e的簡化圖701。每一分組之信號{702a, 704a, 706a, 708a}、{702b, 704b, 706b, 708b}、{702c, 704c, 706c, 708c}、{702d, 704d, 706d, 708d}及{702e, 704e, 706e, 708e}由類似於脈衝雷射二極體驅動器101或401且具有源極電容器C _S之各自不同電容的雷射二極體驅動器電路產生。

在脈衝708a至708e中之每一者期間，脈衝雷射二極體驅動器101或401之旁路開關M _BP被停用且電流i _LS經重定向通過雷射二極體D _L以產生通過雷射二極體D _L之高電流脈衝i _DL。信號{702a, 704a, 706a, 708a}係使用C _S= 10 nF之源極電容器電容值產生，信號{702b, 704b, 706b, 708b}係使用C _S= 25 nF之源極電容器電容值產生，信號{702c, 704c, 706c, 708c}係使用C _S= 50 nF之源極電容器電容值產生，信號{702d, 704d, 706d, 708d}係使用C _S= 100 nF之源極電容器電容值產生，且信號{702e, 704e, 706e, 708e}係使用C _S= 200 nF之源極電容器電容值產生。對於每一實例，電感器L _S之電感為6 nH且輸入電壓為10 V。如所示，旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP之脈衝708a至708e在時間上的各自位置隨著源極電容器C _S之電容值變化而移位。因此，在每一實例中，3-4 ns旁路脈衝708a至708e藉由定時與控制電路120進行有利的時間移位以與通過雷射二極體D _L之各自峰值電流704a至704e對準。在每一實例中，高電流脈衝i _DL之振幅可藉由增大或減小源極電容器C _S上的施加之雷射驅動器電壓V _S來調整。

已詳細地參考所揭示發明之實施例，該等實施例之一或多個實例已在附圖中圖示。每一實例已藉由解釋發明技術之方式提供，而非對發明技術之限制。實際上，雖然本說明書已關於本發明之特定實施例進行詳細描述，但將瞭解，熟習此項技術者在理解前述內容之後可容易地設想到此等實施例之更改、變化及等效物。舉例而言，圖示或描述為一個實施例之部分的特徵可與另一實施例一起使用以得到又一個實施例。因此，希望發明標的覆蓋在隨附申請專利範圍及其等效物之範疇內的所有此類修改及變化。在不背離更特別地在隨附申請專利範圍中闡述的本發明之範疇的情況下，本發明之此等及其他修改及變化可由一般熟習此項技術者實踐。此外，一般熟習此項技術者將瞭解，先前描述僅以舉例方式說明，且不欲限制本發明。

101:脈衝雷射二極體驅動器 120:定時與控制電路 110:節點 112:節點 201:簡化圖 202:簡化圖 203:簡化圖 204:簡化圖 205:簡化圖 206:簡化圖 207:簡化圖 220:旁路開關閘極驅動器信號GATE _BP221:雷射二極體開關閘極驅動器信號GATE _DL222:通過電感器L _S之電流i _LS222’:通過電感器L _S之電流i _LS223:通過雷射二極體D _L之電流i _DL/高電流脈衝 223’:通過雷射二極體D _L之電流i _DL/高電流脈衝 223”:脈衝 224:源極電容器C _S處之源極電壓V _S224’:源極電容器C _S處之源極電壓V _S300:開關順序 301:預充電步驟 302:預流通步驟 303:脈衝生成步驟 304:放電步驟 305:步驟 401:脈衝雷射二極體驅動器 501:簡化圖 502:源極電容器C _S處之源極電壓V _S504:通過電感器L _S之電流i _LS506:通過雷射二極體D _L之電流i _DL/高電流脈衝i _DL508:臨限電壓 509:第一感興趣時間點 510:第二感興趣時間點 602:再新電流控制電路 604:臨限電壓產生器電路 606:電壓比較電路 608:開關定時控制電路 701:簡化圖 702a:電壓振幅信號 702b:電壓振幅信號 702c:電壓振幅信號 702d:電壓振幅信號 702e:電壓振幅信號 704a:電流振幅信號 704b:電流振幅信號 704c:電流振幅信號 704d:電流振幅信號 704e:電流振幅信號 706a:旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 706b:旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 706c:旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 706d:旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 706e:旁路開關閘極驅動器信號(GATE _BP) 708a:脈衝 708b:脈衝 708c:脈衝 708d:脈衝 708e:脈衝 C _BP:旁路電容器 CFG:組態資料 C _S:儲能存電容器「源極電容器」 Ctrl:控制信號 D _L:雷射二極體 GATE _BP:旁路開關閘極驅動器信號 GATE _DAMP:放電開關閘極驅動器信號 GATE _DL:雷射二極體開關閘極驅動器信號 i _DL:電流 i _LS:流通電流 i _Refresh:再新電流 L _DL:寄生電感 L _S:電感器 M _BP:旁路開關 M _DAMP:可選放電開關 M _DL:雷射二極體開關 R _Damp:可選阻尼電阻器 R’ _Damp:備用可選阻尼電阻器 V _in:DC輸入電壓 V _S:源極電壓 V _Sense:電壓感測信號/感測電壓 Vthresh:臨限電壓 ZeroCrossing:過零偵測信號

圖1為根據一些實施例的第一普通拓撲之具有適應性開關定時之脈衝雷射二極體驅動器的簡化電路示意圖。 圖2A至圖2D根據一些實施例展示與圖1所示之脈衝雷射二極體驅動器之操作有關的信號之簡化圖。 圖3為根據一些實施例的用於圖1所示之脈衝雷射二極體驅動器之操作的實例開關順序之一部分。 圖4根據一些實施例展示第二普通拓撲之具有適應性開關定時之脈衝雷射二極體驅動器的簡化電路示意圖。 圖5根據一些實施例展示與圖4所示之脈衝雷射二極體驅動器之操作有關的信號之簡化圖。 圖6根據一些實施例展示圖4所示之定時與控制電路的簡化電路示意圖。 圖7根據一些實施例展示與圖4所示之脈衝雷射二極體驅動器之操作有關的信號之簡化圖。

110:節點

120:定時與控制電路

602:再新電流控制電路

604:臨限電壓產生器電路

606:電壓比較電路

608:開關定時控制電路

Ctrl:控制信號

GATE_BP:旁路開關閘極驅動器信號

GATE_DAMP:放電開關閘極驅動器信號

GATE_DL:雷射二極體開關閘極驅動器信號

i_Refresh:再新電流

V_in:DC輸入電壓

V_S:源極電壓

V_Sense:電壓感測信號/感測電壓

Vthresh:臨限電壓

ZeroCrossing:過零偵測信號

Claims (18)

1. 一種脈衝雷射二極體驅動器，該脈衝雷射二極體驅動器包含： 一源極電容器，該源極電容器具有i)經組態以接收一再新電流且自該再新電流形成一源極電壓之一第一端子，及ii)電耦接至接地之一第二端子； 一電感器，該電感器具有直接電連接至該源極電容器之該第一端子的一第一端子； 一雷射二極體，該雷射二極體具有一陽極及一陰極，該陽極直接電連接至該電感器之一第二端子； 一旁路電容器，該旁路電容器具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一第一端子； 一或多個開關，該一或多個開關經組態以控制通過該電感器之一電流；及 一定時與控制電路，該定時與控制電路經組態以接收該源極電壓且產生用於控制該一或多個開關以產生通過該雷射二極體之一高電流脈衝的一或多個閘極驅動器信號，該高電流脈衝對應於在該雷射二極體之該陽極處形成的一諧振波形之一峰值電流，該一或多個閘極驅動器信號之一定時係基於該源極電壓之一電壓位準。
2. 如請求項1之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該定時與控制電路經組態以在該源極電壓之該電壓位準為約零伏時產生用於控制該一或多個開關以產生通過該雷射二極體之該高電流脈衝的該一或多個閘極驅動器信號。
3. 如請求項1之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該旁路電容器之一第二端子直接電連接至接地。
4. 如請求項1之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該一或多個開關包括一雷射二極體開關；且 該雷射二極體之該陰極直接電連接至該雷射二極體開關之一汲極節點。
5. 如請求項1之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該旁路電容器之一第二端子及該雷射二極體之該陰極均直接電連接至該電感器之該第一端子。
6. 如請求項1之脈衝雷射二極體驅動器，其中該定時與控制電路包含： 一電壓比較電路，該電壓比較電路用以基於該源極電壓之該電壓位準與一臨限電壓之間的一比較產生一比較信號；及 一開關定時控制電路，該開關定時控制電路用以接收該比較信號且基於該比較信號之一狀態產生用於控制該一或多個開關以產生通過該雷射二極體之該高電流脈衝的該一或多個閘極驅動器信號。
7. 如請求項6之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該臨限電壓由一臨限電壓產生器電路產生，該臨限電壓產生器電路包含一帶隙電壓參考電路。
8. 如請求項7之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該臨限電壓為約1.2伏。
9. 如請求項6之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該一或多個開關包含一旁路開關，該旁路開關具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一汲極節點及直接電連接至接地的一源極節點； 該一或多個或多個閘極驅動器信號包含用於控制該旁路開關的一旁路開關閘極驅動器信號；且 在基於該比較信號判定該源極電壓之該電壓位準小於該臨限電壓後，該開關定時控制電路使用該旁路開關閘極驅動器信號來停用該旁路開關以產生通過該雷射二極體之該高電流脈衝。
10. 如請求項1之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該一或多個開關包含一放電開關，該放電開關具有電耦接至該源極電容器之該第一端子的一汲極節點及直接電連接至接地的一源極節點；且 該一或多個或多個閘極驅動器信號包含用於控制該放電開關的一放電開關閘極驅動器信號。
11. 一種脈衝雷射二極體驅動器，該脈衝雷射二極體驅動器包含： 一源極電容器，該源極電容器具有i)經組態以接收一再新電流且自該再新電流形成一源極電壓之一第一端子，及ii)電耦接至接地之一第二端子； 一電感器，該電感器具有直接電連接至該源極電容器之該第一端子的一第一端子； 一雷射二極體，該雷射二極體具有一陽極及一陰極，該陽極直接電連接至該電感器之一第二端子； 一旁路電容器，該旁路電容器具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一第一端子； 一旁路開關，該旁路開關具有直接電連接至該電感器之該第二端子的一汲極節點及直接電連接至接地的一源極節點，該旁路開關經組態以控制通過該電感器之一電流；及 一定時與控制電路，該定時與控制電路經組態以：接收該源極電壓，且基於判定該源極電壓之一電壓位準小於一臨限電壓來停用該旁路開關以產生通過該雷射二極體之一高電流脈衝，該高電流脈衝對應於在該雷射二極體之該陽極處形成的一諧振波形之一峰值電流。
12. 如請求項11之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該旁路電容器之一第二端子直接電連接至接地。
13. 如請求項11之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該脈衝雷射二極體驅動器進一步包含一雷射二極體開關；且 該雷射二極體之該陰極直接電連接至該雷射二極體開關之一汲極節點。
14. 如請求項11之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該旁路電容器之一第二端子及該雷射二極體之該陰極均直接電連接至該電感器之該第一端子。
15. 如請求項11之脈衝雷射二極體驅動器，其中該定時與控制電路包含： 一電壓比較電路，該電壓比較電路基於該源極電壓之該電壓位準與該臨限電壓之間的一比較產生一比較信號；及 一開關定時控制電路，該開關定時控制電路用以接收該比較信號且基於該比較信號之一位準產生用於控制該旁路開關的一或多個閘極驅動器信號。
16. 如請求項15之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該臨限電壓由一臨限電壓產生器電路產生，該臨限電壓產生器電路包含一帶隙電壓參考電路。
17. 如請求項16之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該臨限電壓為約1.2伏。
18. 如請求項11之脈衝雷射二極體驅動器，其中： 該脈衝雷射二極體驅動器進一步包含一放電開關，該放電開關具有電耦接至該源極電容器之該第一端子的一汲極節點及直接電連接至接地的一源極節點；且 該定時與控制電路經進一步組態以產生用於控制該放電開關的一放電開關閘極驅動器信號。