谐振激光驱动器制造技术

本公开涉及谐振激光驱动器。激光发射器电路，包括：激光二极管；驱动器电路，被配置为产生驱动信号；和耦合到所述驱动器电路和所述激光二极管的谐振电路，其中所述谐振电路被配置为使用所述驱动器电路的驱动信号来产生连续波正弦驱动信号以驱动所述激光二极管。

【技术实现步骤摘要】
谐振激光驱动器
该文献总体上涉及用于光学应用的电子电路，并且尤其涉及包括激光发射二极管的电子电路。
技术介绍
飞行时间(ToF)是用于三维(3D)成像的技术。该技术用调制光照射物体并接收反射光。基于调制频率以及发射光与接收光之间的相位差，可以计算出相机与物体之间的距离。可以使用脉冲方法或连续波(CW)方法检测此相移。CW方法传统上使用方波，因为它可数字电路轻松实现。然而，方波输出比使用正弦波效率低，并且使用方波还遭受谐波含量的困扰，这给深度校准带来了困难。由于缺少谐波，使用正弦波可提供更好的深度性能，但正弦波的产生也会给驱动器设计带来挑战。
技术实现思路
本专利通常涉及用于激光二极管的驱动器电路及其操作方法。根据各种方面的激光发射器电路包括：激光二极管；驱动器电路，被配置为产生驱动信号；和耦合到所述驱动器电路和所述激光二极管的谐振电路，其中所述谐振电路被配置为使用所述驱动器电路的驱动信号来产生连续波正弦驱动信号以驱动所述激光二极管。根据各种方面的激光二极管驱动电路包括：驱动器电路，被配置为产生驱动信号；谐振电路，具有耦合到所述驱动器电路的输出的输入和具有用于耦合到激光二极管的输出，其中所述谐振电路被配置为从所述驱动信号产生连续波正弦驱动信号以驱动所述激光二极管；和偏置电路，包括用于耦合到所述激光二极管的偏置电感。根据各种方面的操作飞行时间传感器的激光发射器的方法包括：使用驱动电路产生驱动信号；使用谐振电路从驱动信号产生连续波正弦驱动信号；和使用所述连续波正弦驱动信号驱动所述激光二极管。本部分旨在提供本专利申请的主题的概述。并不旨在提供本专利技术的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的更多信息。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以代表相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本文档中讨论的各种实施例。图1是飞行时间(ToF)传感器的示例的图示。图2是用于ToF传感器的激光发射器电路的示例的电路示意图。图3是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图4是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图5是图4的示例电路的另一电路示意图。图6示出了图5的示例电路的小信号电路模型。图7A是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图7B是图7A的电路的小信号电路模型。图8是驱动信号生成器电路的实施方式的示例的电路示意图。图9-10是与图8的电路的操作相关的波形的图示。图11是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图12是谐振电路的示例的电路示意图。图13是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图14是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图15是使用焊线形成电路电感的示例的图示。图16是激光发射器电路的另一示例的电路示意图。图17是操作ToF传感器的方法的示例的流程图。具体实施方式图1是飞行时间(ToF)传感器的示例的图示。ToF传感器100包括发射器和接收器。发射器可以包括将电流转换成光能的激光二极管102。接收器可以是将接收到的光能转换成电流或电压的光电二极管104。为了获得用于成像的深度信息，激光发射器可以将激光脉冲发送到物体，并且接收器检测包括相位信息的反射激光能量。当发射器发出光脉冲时，计时器启动；当在ToF传感器接收到从物体反射的脉冲时，计时器停止。根据脉冲进行往返(treceive–temit)所需的时间和光速c，可以将物体的深度信息d计算为如本文先前所解释的，用于ToF成像的CW方法可以包括以方波驱动激光二极管102，但是使用方波效率低下并且遭受谐波含量的困扰，这在深度校准方面带来困难。图2是用于ToF传感器的激光发射器电路206的示例的电路示意图。该电路是谐振激光二极管(LD)驱动器。LD202可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)二极管或边缘发射激光器(EEL)二极管。电感器L和电容器C形成谐振LC电路，该LC电路在晶体管M被激活时发生谐振。LC电路的振铃以连续波(CW)信号驱动LD202。电感器L可以是焊线的寄生电感。这种方法利用了焊线电感，而不是使用分立电感器，并试图使焊线电感最小。但是，电感和电容的值需要根据实现进行调整。图3是激光发射器电路306的另一示例的电路示意图。该电路使用3.3伏电源(VDD＝3.3V)以促进系统集成。该电路也是谐振LD驱动电路，但是谐振电路310包括由电阻电路元件RS组成的串联RLC，该电阻电路元件RS可以是沿着串联RLC储能电路的集总寄生电阻，与提供输入信号(VDRV)的驱动信号源312串联布置的电容电路元件CDRV和与CDRV和LD302的阴极串联布置的电感电路元件LDRV。在各种变型中，谐振LD驱动电路可以耦合到LD302的阳极。输入信号VDRV可以是方波信号。谐振电路310对方波信号进行滤波以产生连续波正弦驱动信号来驱动LD302。输入信号不必是方波信号。电路的输入信号VDRV可以具有任何类型的波形，其中输入信号的显着能量基本上以谐振电路310的谐振频率存在(例如，在谐振频率的10-20％或更少之内)。图3示出了驱动信号源312和电容电路元件CDRV可以被包括在集成电路或芯片中，并且电感电路元件LDRV和LD302可以是片外组件。图3还示出了可以在芯片上并且耦合到LD302的阴极的偏置电路308。偏置电路308可以是向LD302提供偏置电流IB的电流源，以确保LD302保持导通状态，以驱动来自谐振电路310的正弦信号。LD302需要一定的最小阈值电流ITH，以“打开”激光二极管以实现高效发光而不会变形。例如，ITH可能是1.0-1.5安培(1.0-1.5A)。因为驱动LD302的电流是正弦波，所以为了避免跌落到ITH以下，LD的最小偏置电流为IB＝IA+ITH，IA是驱动正弦波的最大振幅。IA的典型值可能很高(例如3A至5A)。LD302可以近似为具有2V典型压降的DC电压源。给定标准的3.3V电源，偏置电路308的可用电压余量约为1.3V。图4是激光发射器电路406的另一示例的电路示意图。如图3所示，该电路包括输入信号源VDRV、谐振电路410和图3中的LD402。图4还包括图3中的偏置电路308的偏置晶体管MB，并且示出了寄生电感LLD。寄生电感LLD表示LD402的阳极和阴极的寄生焊线电感(寄生电感如图4中的LLD那样集中到阴极)。寄生电感可能约为0.5纳亨(0.5nH)，这可能在图4中求和节点A上引起纹波。纹波幅度为Vripple＝2πfLLDIA，其中IA和f分别是LD电流的幅度和频率。给定LD电流的典型值(例如f＝200MHz，IA＝3A)，Vripple可能高达1V。这可能会严重限制偏置电路的裕量下降至最小0.3V，并调制偏置晶体管MB的VDS。解决有限的净空问题的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光发射器电路，包括：/n激光二极管；/n驱动器电路，被配置为产生驱动信号；和/n耦合到所述驱动器电路和所述激光二极管的谐振电路，其中所述谐振电路被配置为使用所述驱动器电路的驱动信号来产生连续波正弦驱动信号以驱动所述激光二极管。/n

【技术特征摘要】
20200204 US 16/781,6521.激光发射器电路，包括：
激光二极管；
驱动器电路，被配置为产生驱动信号；和
耦合到所述驱动器电路和所述激光二极管的谐振电路，其中所述谐振电路被配置为使用所述驱动器电路的驱动信号来产生连续波正弦驱动信号以驱动所述激光二极管。


2.权利要求1所述的激光发射器电路，包括：
耦合到所述激光二极管的偏置电路；和
其中所述驱动器电路被配置为产生实质上在所述谐振电路的谐振频率处具有显着能量的驱动信号，并且所述谐振电路被配置为从所述驱动信号产生连续波正弦驱动信号，并且包括：
串联耦合到所述驱动电路的电容电路元件；和
与所述电容电路元件和所述激光二极管串联布置的电感电路元件。


3.权利要求2所述的激光发射器电路，其中所述驱动器电路被配置为产生方波驱动信号，并且所述谐振电路被配置为从所述方波驱动信号中产生连续波正弦驱动信号。


4.权利要求1所述的激光发射器电路，包括幅度调整电路，被配置为调整所述驱动器电路的电路电源以调整所述连续波正弦驱动信号的幅度。


5.权利要求4所述的激光发射器电路，
其中所述驱动器电路包括前置驱动器电路，该前置驱动器电路包括提供方波驱动信号作为所述驱动信号的缓冲电路；和
其中所述幅度调整电路包括电压调节器电路，该电压调节器电路具有可调的输出电压，该电压作为电路电源提供给所述缓冲电路。


6.权利要求5所述的激光发射器电路，其中所述幅度调整电路包括耦合到所述电压调节器电路的输出的上拉辅助晶体管，其中所述上拉辅助晶体管仅在输入信号到所述缓冲电路的转变期间被激活。


7.权利要求1所述的激光发射器电路，包括：
偏置电路，耦合到所述激光二极管的阴极或阳极之一，其中所述偏置电路包括：
耦合到所述激光二极管的偏置电感；和
耦合到所述偏置电感的电流镜。


8.权利要求1-7中任一项所述的激光发射器电路，其中所述谐振电路是可调的，以将所述谐振电路的谐振频率调整为所述驱动信号的频率。


9.权利要求8所述的激光发射器电路，其中所述谐振电路包括可调电容电路。


10.权利要求9所述的激光发射器电路，其中所述可调电容电路包括多个电容电路元件和至少一个开关电路，并且其中当所述开关电路处于断开状态时，耦合到所述至少一个开关电路的电容电路元件大于所述开关电路的寄生电容。


11.激光二极管驱动电路，包括：
驱动器电路，被配置为产生驱动信号；
谐振电路，具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑男，F·M·尧尔，J·E·D·赫维茨，N·莱多兹，沈军华，
申请(专利权)人：亚德诺半导体国际无限责任公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE