可重新配置的激光脉冲生成电路

文档序号:37954 发布日期:2021-09-24 浏览:38次 >En<

阅读说明:本技术 可重新配置的激光脉冲生成电路 (Reconfigurable laser pulse generation circuit ) 是由 黄皓 M.多尔加诺夫 L.朱 于 2021-02-07 设计创作,主要内容包括:电驱动电路可以对一个或多个电感元件进行充电,其中电驱动电路包括一个或多个电感元件以及在一个或多个电感元件与光学负载之间串联的电容元件,并且其中电驱动电路连接到一个或多个源。电驱动电路可以在充电之后并且在第一时间间隔内生成主电脉冲。电驱动电路可以在充电之后并且在第二时间间隔内对一个或多个电感元件进行放电以提供补偿电脉冲,其中第二时间间隔的至少一部分与第一时间间隔重叠。电驱动电路可以将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲。电驱动电路可以将组合电脉冲提供给光学负载。(The one or more inductive elements may be charged by an electrical drive circuit, wherein the electrical drive circuit comprises the one or more inductive elements and a capacitive element in series between the one or more inductive elements and the optical load, and wherein the electrical drive circuit is connected to the one or more sources. The electric drive circuit may generate the main electric pulse after the charging and within a first time interval. The electric drive circuit may discharge the one or more inductive elements after charging and during a second time interval to provide the compensation electric pulse, wherein at least a part of the second time interval overlaps the first time interval. The electrical drive circuit may combine the main electrical pulse and the compensation electrical pulse into a combined electrical pulse. The electrical drive circuit may provide the combined electrical pulses to the optical load.)

可重新配置的激光脉冲生成电路

相关申请

本申请要求于2020年3月23日提交的标题为“RECONFIGURABLE LASER PULSEGENERATING CIRCUIT”的美国临时专利申请No.62/993,234的优先权,该美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于光学负载的电驱动电路,并且更具体地涉及用于生成矩形电脉冲以驱动光学负载的方法和电驱动电路。

背景技术

基于飞行时间(基于TOF)的测量系统(诸如三维(3D)感测系统、光检测和测距(LIDAR)系统等)将光脉冲发射到视场中,检测反射的光脉冲,并通过测量发射的光脉冲与反射的光脉冲之间的延迟和/或差异来确定与视场中的物体的距离。

发明内容

根据一些实施方式,一种方法可以包括由电驱动电路对一个或多个电感元件进行充电,其中电驱动电路包括一个或多个电感元件,其中电驱动电路包括在一个或多个电感元件与光学负载之间串联的电容元件,并且其中电驱动电路连接到一个或多个源;由电驱动电路在充电之后并且在第一时间间隔内生成主电脉冲;由电驱动电路在充电之后并且在第二时间间隔内对一个或多个电感元件进行放电以提供补偿电脉冲,其中第二时间间隔的至少一部分与第一时间间隔重叠;由电驱动电路将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲;并且由电驱动电路将组合电脉冲提供给光学负载。

根据本公开的示例,组合电脉冲具有与补偿电脉冲的上升时间成比例的上升时间。

根据本公开的示例,补偿电脉冲是尖峰脉冲。

根据本公开的示例,与补偿电脉冲相比,主电脉冲具有更长的上升时间,并且其中对补偿电脉冲进行放电补偿了主电脉冲的更长上升时间。

根据本公开的示例,由补偿电脉冲提供的补偿电流在主电脉冲的上升时间期间补偿了主电脉冲的主电流,使得组合电脉冲在主电脉冲的上升时间期间提供恒定电流。

根据本公开的示例,组合电脉冲具有:比主电脉冲更短的上升时间;以及比补偿电脉冲更短的下降时间。

根据本公开的示例,第二时间间隔与第一时间间隔在相同的时间开始。

根据本公开的示例,第二时间间隔与第一时间间隔相对应。

根据本公开的示例,第二时间间隔小于第一时间间隔的一半。

根据本公开的示例,电驱动电路包括:充电电路路径,用于对一个或多个电感元件进行充电;主电路路径,用于生成主电脉冲;以及放电电路路径,用于对补偿电脉冲进行放电。

根据本公开的示例,对一个或多个电感元件进行充电包括在充电时间内闭合电驱动电路中的开关,并且对一个或多个电感元件进行放电以提供补偿电脉冲包括在充电时间之后打开开关。

根据一些实施方式,用于驱动光学负载的电驱动电路可以包括:充电电路路径,用于在充电时间期间对一个或多个电感元件进行充电;主电路路径,用于在充电时间之后的第一时间间隔内生成主电脉冲;以及放电电路路径,用于在第二时间间隔期间通过对一个或多个电感元件进行放电而生成补偿电脉冲,其中第二时间间隔的至少一部分与第一时间间隔重叠,并且其中放电电路路径包括在一个或多个电感元件与光学负载之间串联的电容元件;并且其中电驱动电路将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲,并将组合电脉冲提供给光学负载。

根据本公开的示例,电容元件是第一电容元件,并且其中充电电路路径包括:一个或多个电感元件;第二电容元件,其并联连接到源;以及开关,其具有打开状态和闭合状态,其中开关在充电时间期间处于闭合状态,用于使电流通过充电电路路径对一个或多个电感元件和第二电容元件进行充电。

根据本公开的示例,放电电路路径包括:一个或多个电感元件;以及第二电容元件;并且其中开关从闭合状态转换到打开状态,用于使一个或多个电感元件在第二时间间隔期间通过放电电路路径释放电流,以生成补偿电脉冲。

根据本公开的示例,电驱动电路还包括用于防止来自放电电路路径的电流被源分流的整流器二极管、开关或子电路中的至少一个。

根据本公开的示例,充电电路路径、主电路路径和放电电路路径连接到单个源。

根据本公开的示例,一个或多个电感元件包括具有对于电驱动电路实现总电感的长度和宽度的迹线,使得补偿电脉冲具有补偿主电脉冲的宽度和/或幅度。

根据一些实施方式,一种光学设备可以包括:一个或多个源;发射光的光学负载;连接到该一个或多个源和光学负载的电驱动电路,其中电驱动电路包括用于对一个或多个电感元件进行充电的充电电路路径、用于生成主电脉冲的主电路路径以及用于通过对一个或多个电感元件进行放电而生成补偿电脉冲的放电电路路径,其中放电电路路径包括在一个或多个电感元件与光学负载之间串联的电容元件,并且其中电驱动电路将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲,并将组合电脉冲提供给光学负载;以及控制器,其控制电驱动电路通过以下操作来向光学负载提供组合电脉冲:使充电路径在充电时间内对一个或多个电感元件进行充电,使主电路路径在第一时间间隔内生成主电脉冲,并使放电电路路径在第二时间间隔内生成补偿电脉冲,其中第二时间间隔的至少一部分与第一时间间隔重叠,并且其中光学负载用于响应于组合电脉冲而发射光脉冲。

根据本公开的示例,光学负载是以下中的至少一者:一个或多个发光二极管的阵列、一个或多个激光二极管的阵列、一个或多个半导体激光二极管的阵列或一个或多个垂直腔表面发射激光器的阵列。

根据本公开的示例,使充电电路路径对一个或多个电感元件进行充电包括使开关闭合。

根据本公开的示例,使放电电路路径生成补偿电脉冲包括使开关打开。

根据本公开的示例,控制器用于控制电驱动电路以脉冲频率重复地将组合电脉冲提供给光学负载。

根据本公开的示例,脉冲频率在从20兆赫兹到100兆赫兹的范围内。

根据本公开的示例,电容元件是直流阻断电容器。

根据本公开的示例,光脉冲具有小于100皮秒的上升时间。

附图说明

图1-图4是本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式的电路图。

图5A是用于本文描述的电驱动电路的控制器的示例实施方式的图。

图5B是由用于本文描述的电驱动电路的控制器实现的过程的示例实施方式的图。

图6是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图的图,该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。

图7是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图的图,该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。

图8是绘制电驱动电路的示例实施方式中的开关定时、电驱动电路的示例实施方式中的某一点处的电压、电驱动电路的示例实施方式中的另一个点处的电压以及由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流的示例曲线图的图。

图9是绘制由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流的示例曲线图的图。

图10是绘制由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流的形状的示例曲线图的图。

图11是绘制电驱动电路的示例实施方式中的开关定时的示例的示例曲线图的图。

图12是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图的图,该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。

图13是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图的图,该光学检测器与本文描述的电驱动电路和光学负载相关联。

图14和图15是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图的图,该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。

图16是用于驱动光学负载的示例过程的流程图。

具体实施方式

示例实施方式的以下详细描述参照附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

基于TOF的测量系统可以包括用于将光脉冲发射到视场中的光学负载(例如,激光二极管、半导体激光二极管、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等)。如上所述,基于TOF的测量系统通过测量发射的光脉冲与反射的光脉冲之间的延迟和/或差异来确定与物体的距离。基于TOF的测量系统可以执行直接飞行时间(d-TOF)测量和/或间接飞行时间(i-TOF)测量。对于d-TOF应用,可以向视场内发射窄光脉冲。对于i-TOF应用,可以向视场内发射矩形脉冲串。发射具有明确定义的时间起点和矩形形状的脉冲可以改善测量精度和准确度(例如,与具有非矩形形状、长上升时间等的脉冲相比)。为了实现这种矩形形状,发射的光脉冲应当具有短上升时间(例如,光脉冲的功率上升的时间)和短下降时间(例如,光脉冲的功率下降的时间)。例如,光脉冲的上升时间可以是光脉冲的功率从峰功率的10%上升到峰功率的90%的时间,并且可以被称为10%-90%上升时间。类似地,光脉冲的下降时间可以是光脉冲的功率从峰功率的90%下降到峰功率的10%的时间,并且可以被称为90%-10%下降时间。

用于驱动光学负载的电路是通过载流导体(例如,迹线)互连的电子组件的集合。电子组件和导体中的任何一个都可能具有寄生元件(例如,寄生电感、寄生电阻和/或寄生电容)。这些寄生元件可能是不受期望的,因此,试图使其最小化。但是,可能不可能完全消除这些寄生元件(例如,由于可制造性限制、组件尺寸限制等)。当向电路提供供电电压以驱动光学负载时,电路中的寄生电感、寄生电阻和/或寄生电容造成了在提供供电电压和电流达到峰值之间的延迟。该延迟增加了电脉冲的上升时间,而这又增加了光脉冲的上升时间(例如,特别是当电路以大电流驱动光学负载时)。

本文描述的一些实施方式提供了用于驱动光学负载以发射矩形形状的光脉冲的方法和/或电驱动电路。例如,该方法和/或电驱动电路可以驱动光学负载以发射具有短上升时间(例如,小于100皮秒(ps))、短下降时间(例如,小于500ps、小于300ps等)和/或恒定幅度的光脉冲。在一些实施方式中,该方法和/或电驱动电路可以给电驱动电路的一个或多个电感元件充电;在第一时间间隔内生成主电脉冲;在第一时间间隔的至少一部分期间对一个或多个电感元件进行放电,以提供补偿电脉冲(例如,尖峰脉冲);将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲;并且将组合电脉冲提供给光学负载。例如,与补偿电脉冲相比,主电脉冲可以具有更长的上升时间(例如,更慢的上升时间),并且补偿电脉冲可以补偿主电脉冲的更长上升时间。以这种方式,该方法和/或电驱动电路可以用组合电脉冲来驱动光学负载以发射矩形形状的光脉冲。通过驱动光学负载发射矩形形状的光脉冲,该方法和/或电驱动电路可以改善基于飞行时间的测量系统的性能。

图1是本文描述的电驱动电路和光学负载110的示例实施方式100的电路图。如图1中所示,光学设备可以包括主电路路径102、充电电路路径104和放电电路路径106。在一些实施方式中并且如本文进一步描述的,主电路路径102可以用于生成主电脉冲,并且充电电路路径104和放电电路路径106可以用于生成补偿电脉冲。

如图1中所示,光学设备还可以包括主源108(例如,第一源)、光学负载110、主开关112(例如,第一开关)、主电容元件114、整流器二极管116、电感元件118和120、补偿源122(例如,第二源)、补偿电容元件124、补偿电感元件126、补偿开关128(例如,第二开关)、去耦电容元件130、第一接地端132和第二接地端134。在一些实施方式中,电驱动电路可以包括主电路路径102、充电电路路径104、放电电路路径106、主开关112、主电容元件114、整流器二极管116、电感元件118和120、补偿电容元件124、补偿电感元件126、补偿开关128、去耦电容元件130、第一接地端132和第二接地端134。

在一些实施方式中,主电脉冲和/或补偿电脉冲也可以被称为第一电脉冲、第二电脉冲等。此外,或者可替代地,主电路路径102、充电电路路径104和/或放电电路路径106也可以被称为第一电路路径、第二电路路径、第三电路路径等。此外,或者可替代地,主电容元件114、补偿电容元件124和/或去耦电容元件130也可以被称为第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件等。在这方面,形容词“主”、“充电”、“放电”、“补偿”和“去耦”在本文中用于描述目的,而不是限制它们修饰的元件、组件等的范围,除非另有明确说明。

如图1中所示,主电路路径102可以连接到主源108和光学负载110,并且可以包括主开关112、主电容元件114、整流器二极管116以及电感元件118和120。充电电路路径104可以连接到补偿源122,并且可以包括补偿电容元件124、补偿电感元件126和补偿开关128。放电电路路径106可以连接到补偿源122和光学负载110,并且可以包括补偿电容元件124、补偿电感元件126、去耦电容元件130、主开关112以及电感元件118和120。

在一些实施方式中,主源108和/或补偿源122可以向电驱动电路提供电流。例如,主源108和/或补偿源122可以是具有电阻负载的DC(直流)电压源、DC电流源等。

在一些实施方式中,光学负载110可以包括一个或多个发光二极管的阵列、一个或多个激光二极管的阵列、一个或多个半导体激光二极管的阵列、一个或多个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的阵列等。在一些实施方式中,光学负载110可以包括并联和/或串联电连接的多个光学负载。例如,光学负载110可以包括具有400个并联电连接的发射器的VCSEL阵列。作为另一个示例,光学负载110可以包括串联连接(例如,在印刷电路板(PCB)上)的多个VCSEL(例如,阵列或单线态(singlet)),与单个VCSEL阵列相比,其可以提供增加的光功率。

在一些实施方式中,当将正向偏置施加到光学负载110时,光学负载110可以允许电流仅主要在一个方向上(例如,在“正向”方向上)流动,而当将反向偏置施加到光学负载110时,光学负载110不能允许电流流动,诸如在发光二极管、激光二极管、VCSEL等中。此外,或者可替代地,光学负载110可以允许电流在两个方向(例如,正向和反向)上流动,诸如在白炽灯光源等中。

在一些实施方式中,主开关112和/或补偿开关128可以是高速和低输出电容开关,并且可以是晶体管,诸如场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、氮化镓场效应晶体管(GaNFET)、雪崩晶体管等。在一些实施方式中,补偿开关128可以具有低电感(例如,以促进实现补偿电脉冲的短上升时间)。

在一些实施方式中,主电容元件114可以是电压存储元件并且可以提供浪涌电流(例如,在主电脉冲的持续时间期间)。此外,或者可替代地,主电容元件114可以包括一个或多个电容器。

在一些实施方式中,整流器二极管116可以防止来自放电电路路径106和/或补偿源122的电流被主源108分流(例如,而不是流向光学负载110)。以这种方式,整流器二极管116可以确保来自放电电路路径106和/或补偿源122的电流被导向光学负载110。此外,或者可替代地,整流器二极管116可以防止来自放电电路路径106和/或补偿源122的电流受主源108和/或主电容元件114的影响。例如,整流器二极管116可以将来自放电电路路径106和/或补偿源122的电流与主电路路径102(例如,主源108和/或主电容元件114)隔离。此外,或者可替代地,电驱动电路可以包括多于一个的整流器二极管(例如,处于并联、串联等)、另一个开关、子电路等来代替整流器二极管116或作为其补充,以防止来自放电电路路径106和/或补偿源122的电流被主源108分流。

在一些实施方式中,电感元件118和120可以模拟电驱动电路中的载流导体的寄生电感。此外,或者可替代地,电感元件118和120可以模拟电驱动电路中的接合线的寄生电感。

在一些实施方式中,补偿源122(例如,电压源)可以影响来自电驱动电路的补偿电脉冲的脉冲高度和宽度(例如,幅度和持续时间)。例如,随着补偿源122中的电压增加,补偿电脉冲会变得越大且越宽(例如,幅度增加且持续时间增加)。在一些实施方式中,从补偿电容元件124供应补偿电流(例如,供应给光学负载110),并且,随着补偿源122的电压增加,补偿电脉冲的下降时间会增加。

在一些实施方式中,补偿电容元件124可以包括一个或多个电容器(例如,补偿电路系统的电容器)。在一些实施方式中,补偿电容元件124可以被称为去耦电容器,其可以(例如,在补偿电脉冲的持续时间期间)提供浪涌电流。此外,或者可替代地,补偿电容元件124可以具有低等效串联电感(ESL)。

在一些实施方式中,补偿电感元件126可以包括一个或多个电感元件,和/或可以模拟充电电路路径104和/或放电电路路径106的总电感。例如,补偿电感元件126可以模拟电驱动电路中的载流导体、电驱动电路中的接合线等的电感。

在一些实施方式中,补偿电感元件126可以包括迹线(例如,印刷电路板(PCB)上的电路迹线、电线迹线、轨道(track)等),考虑到其它电路元件(例如,电驱动电路中的载流导体、电驱动电路中的接合线等)的寄生电感,该迹线具有基于所需的总电感的长度和宽度。在一些实施方式中,迹线可以具有用于实现电驱动电路的总电感的长度和宽度。例如,可以对迹线进行设计(例如,具有一定的长度和宽度等)以将电感添加到电驱动电路,从而增加电驱动电路的总电感。

此外,或者可替代地,并且如本文进一步描述的,可以对补偿电感元件126的电感和/或电驱动电路的总电感进行选择、控制、调整等,使得补偿电脉冲的下降时间与主电脉冲的上升时间对应,这可以便于驱动光学负载110发射矩形形状的光脉冲(例如,方形形状的光脉冲)。例如,补偿电感元件126可以包括具有一定的长度和宽度的迹线,以对于电驱动电路实现总电感,使得补偿电脉冲具有补偿主电脉冲的宽度和/或幅度。

在一些实施方式中,去耦电容元件130可以包括一个或多个电容元件。如图1中所示,去耦电容元件130(例如,直流阻断(DC阻断)电容器)可以定位在电驱动电路中的点A和点B之间。在一些实施方式中,去耦电容元件130可以将主电路路径102与充电电路路径104隔离,这可以改善电驱动电路的功率效率。此外,或者可替代地,去耦电容元件130可以允许电驱动电路生成并向光学负载110提供作为尖峰脉冲的补偿电脉冲(例如,具有短上升时间、短下降时间等的电脉冲)。

在一些实施方式中,去耦电容元件130可以是交流耦合(AC耦合)电容器(例如,具有1纳法(nF)的电容)。在一些实施方式中,去耦电容元件130可以具有小于100皮法(pF)的电容。

如上所述,主电路路径102可以用于生成主电脉冲。主开关112可以具有打开状态(例如,关断状态),其中,当主开关112处于打开状态时,电流不能流过主开关112。在一些实施方式中,当主开关112处于打开状态时,电流不能流过光学负载110。主开关112也可以具有闭合状态(例如,接通状态),其中,当主开关112处于闭合状态时,电流可以流过主开关112。在一些实施方式中,当主开关112处于闭合状态时,电流可以流过主电路路径102并生成主电脉冲。电驱动电路可以将主电脉冲提供给光学负载110。在一些实施方式中,并且如本文进一步描述的,光学负载110可以基于主电脉冲发射具有缓慢上升时间(例如,长上升时间)的光脉冲,该光脉冲类似于本文关于图6示出和描述的光脉冲。

如图1中所示,主电容元件114(例如,电压存储电容元件)可以并联连接到主源108。在一些实施方式中,由于将主电容元件114连接为相比于主源108更靠近光学负载110,因此当主开关112从打开状态转换到闭合状态时,相比于通过主源108,电流可以更直接地流过主电路路径102的主电容元件114。

在一些实施方式中,可以控制由主源108提供的输入(例如,电压、电流等)以调整主电脉冲的特性。例如,与在主源108提供较低电压时主电脉冲的另一个最大幅度相比,主源108提供的较高电压可以增加主电脉冲的最大幅度。作为另一个示例,与在主源108提供较低电压时主电脉冲的另一个上升时间相比,主源108提供的较高电压可以减少主电脉冲的上升时间。

此外,如上所述,充电电路路径104和放电电路路径106可以用于生成补偿电脉冲。补偿开关128可以具有打开状态(例如,关断状态),其中,当补偿开关128处于打开状态时,电流不能流过补偿开关128。此外,补偿开关128可以具有闭合状态(例如,接通状态),其中,当补偿开关128处于闭合状态时,电流可以流过补偿开关128。在一些实施方式中,当补偿开关128处于闭合状态时,电流通过充电电路路径104对补偿电感元件126(例如,其包括驱动器电路中一个或多个寄生元件)进行充电。例如,当补偿开关128处于闭合状态时,电流可以流过补偿开关128并且通过充电电路路径104对补偿电感元件126(例如,其包括驱动器电路中的一个或多个寄生元件)进行充电(例如,在充电时间期间)。

在一些实施方式中,当补偿开关128从闭合状态转换到打开状态时,电流不能流过补偿开关128,并且电流可以通过放电电路路径106从补偿电感元件126(例如,其包括驱动器电路中的一个或多个寄生元件)放电并且生成补偿电脉冲。例如,当补偿开关128从闭合状态转换到打开状态时,电流不能流过补偿开关128,并且电流可以在放电时间期间通过放电电路路径106从补偿电感元件126(例如,其包括驱动器电路中的一个或多个寄生元件)放电。

如图1中所示,补偿电容元件124(例如,电压存储电容元件)可以与补偿源122并联连接,并且补偿电容元件124可以相比补偿源122更靠近(例如,在实际意义上)补偿电感元件126和光学负载110。在一些实施方式中,补偿电容元件124可以提供比补偿源122更快的电流变化。例如,补偿源122可以具有在补偿源122与补偿电感元件126之间的路径中的大电感,这可以防止补偿源122提供快速的电流变化。在一些实施方式中,可以由补偿电容元件124(例如,其可以在补偿开关128从闭合状态转换到打开状态之前由补偿源122缓慢地充电)提供通过放电电路路径106所放电的电流的大部分(例如,几乎100%)。

在一些实施方式中,可以控制补偿源122提供的输入(例如,电压、电流等)以调整补偿电脉冲的特性。例如,与在补偿源122提供较低电压时补偿电脉冲的另一个最大幅度相比,补偿源122提供的较高电压可以增加补偿电脉冲的最大幅度。作为另一个示例,与在补偿源122提供较低电压时补偿电感元件126的另一个充电时间相比,补偿源122提供的较高电压可以减少补偿电感元件126的充电时间。在一些实施方式中,并且如上所述,补偿电容元件124的电容可以影响补偿电脉冲的脉冲高度和宽度(例如,幅度和持续时间)。

此外,或者可替代地,可以控制补偿电感元件126的电感以调整补偿电脉冲的特性。例如,与在补偿电感元件126具有较低电感时补偿电脉冲的另一个下降时间相比,补偿电感元件126的更高电感可以增加补偿电脉冲的下降时间。在一些实施方式中,并且如本文关于图9进一步描述的,可以对补偿电感元件126的电感进行选择、控制、调整等,使得补偿电脉冲的下降时间与主电脉冲的上升时间相对应,这可以便于驱动光学负载110发射矩形形状的光脉冲。

电驱动电路可以将补偿电脉冲提供给光学负载110。例如,整流器二极管116可以防止来自放电电路路径106的电流被主源108分流(例如,而不是流向光学负载110)。在一些实施方式中,并且如本文进一步描述的,基于补偿电脉冲,光学负载110可以发射具有短上升时间(例如,快速上升时间)的光脉冲,该光脉冲类似于本文关于图7示出和描述的光脉冲。

在一些实施方式中,并且如本文关于图5A、5B、8、9、10和11进一步描述的,可以(例如,由控制器)对主开关112和补偿开关128的定时进行控制,使得电驱动电路生成主电脉冲和补偿电脉冲、将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲,并且将组合电脉冲提供给光学负载。例如,可以控制主开关112和补偿开关128的定时,使得补偿电脉冲在放电时间期间放电,该放电时间至少部分地与生成主电脉冲的时间间隔重叠。此外,或者可替代地,可以控制主开关112和补偿开关128的定时,使得补偿电脉冲的下降时间与主电脉冲的上升时间对应。此外,可以控制主开关112和补偿开关128的定时,使得组合电脉冲具有与补偿电脉冲的上升时间成比例的上升时间。

如上面所指出的,图1仅作为示例提供。其它示例可以与关于图1所描述的不同。

图2是本文描述的电驱动电路和光学负载210的示例实施方式200的电路图。示例实施方式200可以类似于本文关于图1描述的示例实施方式100,但是示例实施方式200不能包括示例实施方式100的补偿源122。例如,并且如图2中所示,光学设备可以包括连接到主源208(例如,单个源)的主电路路径202、充电电路路径204和放电电路路径206。

在一些实施方式中,如本文关于示例实施方式100和图1所述,主电路路径202、充电电路路径204和放电电路路径206可以分别类似于主电路路径102、充电电路路径104和放电电路路径106。例如,主电路路径202可以用于生成主电脉冲,并且充电电路路径204和放电电路路径206可以用于生成补偿电脉冲。

如图2中所示,光学设备还可以包括主源208(例如,第一源)、光学负载210、主开关212(例如,第一开关)、主电容元件214(例如,第一电容元件)、整流器二极管216、电感元件218和220、补偿电容元件224(例如,第二电容元件)、补偿电感元件226、补偿开关228(例如,第二开关)、去耦电容元件230(例如,第三电容元件)、第一接地端232和第二接地端234。在一些实施方式中,电驱动电路可以包括主电路路径202、充电电路路径204、放电电路路径206、主开关212、主电容元件214、整流器二极管216、电感元件218和220、补偿电容元件224、补偿电感元件226、补偿开关228、去耦电容元件230、第一接地端232和第二接地端234。

在一些实施方式中,主源208、光学负载210、主开关212、主电容元件214、整流器二极管216、电感元件218和220、补偿电容元件224、补偿电感元件226、补偿开关228和去耦电容元件230可以分别类似于如本文关于示例实施方式100和图1描述的主源108、光学负载110、主开关112、主电容元件114、整流器二极管116、电感元件118和120、补偿电容元件124、补偿电感元件126、补偿开关128和去耦电容元件130。

在一些实施方式中,可以以与本文关于控制由如关于示例实施方式100和图1描述的补偿源122提供的输入所描述的方式相似的方式来控制由主源208提供的输入(例如,电压、电流等)以调整补偿电脉冲的特性。换句话说,在图2的示例实施方式200中,不是控制由补偿源提供的输入以调整补偿电脉冲的特性,而是可以控制主源208的输入以调整补偿电脉冲的特性。此外,或者可替代地,可以以与本文关于示例实施方式100和图1描述的方式类似的方式来控制(例如,由控制器)示例实施方式200的电驱动电路和/或主开关212和补偿开关228的定时。

如上面所指出的,图2仅作为示例提供。其它示例可以与关于图2所描述的不同。

图3是本文描述的电驱动电路和光学负载310的示例实施方式300的电路图。示例实施方式300可以类似于本文关于图1描述的示例实施方式100,但是示例实施方式300不能包括示例实施方式100的主源108或主电容元件114。例如,并且如图3中所示,光学设备可以包括主电路路径302、充电电路路径304和放电电路路径306,它们连接到补偿源322(例如,单个源)并包括(例如,共享)补偿电容元件324。

在一些实施方式中,主电路路径302、充电电路路径304和放电电路路径306可以分别类似于本文关于示例实施方式100和图1所述的主电路路径102、充电电路路径104和放电电路路径106。例如,主电路路径302可以被用于生成主电脉冲,并且充电电路路径304和放电电路路径306可以被用于生成补偿电脉冲。

如图3中所示,光学设备还可以包括光学负载310、主开关312(例如,第一开关)、整流器二极管316、电感元件318和320、补偿源322、补偿电容元件324、补偿电感元件326、补偿开关328(例如,第二开关)、去耦电容元件330、第一接地端332和第二接地端334。在一些实施方式中,电驱动电路可以包括主电路路径302、充电电路路径304、放电电路路径306、主开关312、整流器二极管316、电感元件318和320、补偿电容元件324。补偿电感元件326、补偿开关328、去耦电容元件330、第一接地端332和第二接地端334。

在一些实施方式中,光学负载310、主开关312、整流器二极管316、电感元件318和320、补偿源322、补偿电容元件324、补偿电感元件326、补偿开关328和去耦电容元件330可以分别类似于如本文关于示例实施方式100和图1所述的光学负载110、主开关112、整流器二极管116、电感元件118和120、补偿源122、补偿电容元件124、补偿电感元件126、补偿开关128和去耦电容元件130。

在一些实施方式中,可以以与本文关于控制如关于示例实施方式100和图1所述的主源108提供的输入所述的方式类似的方式来控制由补偿源322提供的输入(例如,电压、电流等)以调整主电脉冲的特性。换句话说,在图3的示例实施方式300中,不是控制由主源提供的输入以调整主电脉冲的特性,而是可以控制补偿源322的输入以调整主电脉冲的特性。

在一些实施方式中,补偿电容元件324可以以与本文关于影响主电脉冲的脉冲高度和宽度的主电容元件114所述的方式类似的方式影响主电脉冲的脉冲高度和宽度(例如,幅度和持续时间)。换句话说,在图3的示例实施方式300中,不是主电容元件的电容影响主电脉冲的脉冲高度和宽度,而是补偿电容元件324的电容可以影响主电脉冲的脉冲高度和宽度。

此外,或者可替代地,可以以与关于示例实施方式100和图1所述的方式类似的方式来控制(例如,由控制器)示例实施方式300的电驱动电路和/或主开关312和补偿开关328的定时。

如上面所指出的,图3仅作为示例提供。其它示例可以与关于图3所描述的不同。

图4是本文描述的电驱动电路和光学负载410的示例实施方式400的电路图。示例实施方式400可以类似于本文关于图1描述的示例实施方式100,但是示例实施方式400可以不包括示例实施方式100的整流器二极管116,并且主开关412可以定位在主源408与光学负载410之间以及主源408与去耦电容元件430之间。例如,主开关412可以被定位在与整流器二极管116相同的位置和/或可以代替整流器二极管116,而不是被定位在与主开关112相同的位置。

在一些实施方式中,并且如图4中所示,光学设备可以包括主电路路径402、充电电路路径404和放电电路路径406。主电路路径402、充电电路路径404和放电电路路径406可以分别类似于如本文关于示例实施方式100和图1所述的主电路路径102、充电电路路径104和放电电路路径106。例如,主电路路径402可以被用于生成主电脉冲,并且充电电路路径404和放电电路路径406可以被用于生成补偿电脉冲。

如图4中所示,光学设备还可以包括主源408(例如,第一源)、光学负载410、主开关412、主电容元件414(例如,第一电容元件)、电感元件418和420、补偿源422、补偿电容元件424(例如,第二电容元件)、补偿电感元件426、补偿开关428(例如,第二开关)、去耦电容元件430(例如,第三电容元件)、第一接地端432和第二接地端434。在一些实施方式中,电驱动电路可以包括主电路路径402、充电电路路径404、放电电路路径406、主开关412、主电容元件414、电感元件418和420、补偿电容元件424、补偿电感元件426、补偿开关428、去耦电容元件430、第一接地端432和第二接地端434。

在一些实施方式中,主源408、光学负载410、主开关412、主电容元件414、电感元件418和420、补偿源422、补偿电容元件424、补偿电感元件426、补偿开关428和去耦电容元件430可以分别类似于如本文关于示例实施方式100和图1所述的主源108、光学负载110、主开关112、主电容元件114、电感元件118和120、补偿源122、补偿电容元件124、补偿电感元件126、补偿开关128和去耦电容元件130。

在一些实施方式中,可以控制主开关412以防止来自充电电路路径404、放电电路路径406和/或补偿源422的电流被主源408分流(例如,而不是流向光学负载410)。以这种方式,主开关412可以确保来自充电电路路径404、放电电路路径406和/或补偿源422的电流被导向光学负载410。

此外,或者可替代地,可以以与本文关于示例实施方式100和图1所述的方式类似的方式来控制(例如,由控制器)示例实施方式400的电驱动电路和/或主开关412和补偿开关428的定时。

如上面所指出的,图4仅作为示例提供。其它示例可以与关于图4所描述的不同。

图5A是用于本文描述的电驱动电路的控制器502的示例实施方式500的图。如图5A中所示,示例实施方式500可以包括控制器502、主栅极驱动器504、补偿栅极驱动器506、主开关508和补偿开关510。在一些实施方式中,集成电路可以包括控制器502、主栅极驱动器504、补偿栅极驱动器506、主开关508、补偿开关510等。

此外,或者可替代地,主开关508和补偿开关510可以分别类似于如本文关于示例实施方式100和图1所述的主开关112和补偿开关128。此外,主开关508和补偿开关510可以分别与示例实施方式100、200、300和400中的主开关(例如,图1的主开关112、图2的主开关212、图3的主开关312、图4的主开关412等)和补偿开关(例如,图1的补偿开关128、图2的补偿开关228、图3的补偿开关328、图4的补偿开关等)相对应。换句话说,示例实施方式500和控制器502可以被用于控制用于本文关于图1-4描述的电驱动电路的主开关和补偿开关。

图5B是由控制器502为本文所述的电驱动电路实现的过程的示例实施方式550的图。如图5B中所示,控制器502可以接收激光脉冲输入(逻辑电平)(例如,逻辑输入信号),其可以用信号通知由电驱动电路驱动的光学负载(例如,图1的光学负载110、图2的光学负载210、图3的光学负载310、图4的光学负载410等)应当接通。控制器502可以基于激光脉冲输入来生成用于主栅极驱动器504和/或补偿栅极驱动器506的控制信号(例如,电压),以根据本文所述的开关定时(例如,关于图8-9和图11等)接通或关断主开关508和/或补偿开关510(例如,打开或闭合主开关508和/或补偿开关510)。

如图5B中所示,示例实施方式550的过程可以包括控制器502对提供给主开关508的主栅极驱动器504的控制信号执行延迟调谐。如本文关于图1所描述的,可以控制主开关112和补偿开关128的定时,使得补偿电脉冲在放电时间期间放电,该放电时间至少部分地与生成主电脉冲的时间间隔重叠。当控制器502执行延迟调谐时,控制器502可以调整提供给主开关508的主栅极驱动器504的控制信号,使得补偿电脉冲在放电时间期间放电,该放电时间至少部分地与生成主电脉冲的时间间隔重叠。例如,并且如关于图8进一步描述的,控制器502可以执行延迟调谐,以调整补偿开关510从闭合状态转换到打开状态(例如,以生成补偿电脉冲)的时间与主开关508从打开状态转换到闭合状态(例如,以生成主电脉冲)的时间之间的时间间隔。

还如图5B中所示,示例实施方式550的过程可以包括控制器502对提供给补偿开关510的补偿栅极驱动器506的控制信号执行脉冲宽度调谐。如本文关于图1所描述的,当补偿开关128处于闭合状态时,电流可流过补偿开关128并且在充电时间期间对补偿电感元件126进行充电,而当补偿开关128从闭合状态转换到打开状态时,电流可以从补偿电感元件126放电以生成补偿电脉冲。在一些实施方式中,与用较短充电时间获得的脉冲宽度相比,更长充电时间可以为补偿电脉冲生成更宽的脉冲宽度。因此,可以调整充电时间(例如,当补偿开关510处于闭合状态的时间)以调谐补偿电脉冲的脉冲宽度。在一些实施方式中,当控制器502执行脉冲宽度调谐时,控制器502可以调整提供给补偿开关510的补偿栅极驱动器506的控制信号,使得补偿开关510在一充电时间内处于闭合状态,该充电时间实现了与主电脉冲的上升时间对应的补偿信号的脉冲宽度。

此外,对补偿电脉冲的脉冲宽度进行调谐可以调整补偿电脉冲的下降时间。因而,可以调整充电时间以调谐补偿电脉冲的下降时间。因此,在一些实施方式中,控制器502可以执行脉冲宽度调谐,使得补偿电脉冲的下降时间与主电脉冲的上升时间相对应。例如,当控制器502执行脉冲宽度调谐时,控制器502可以调整提供给补偿开关510的补偿栅极驱动器506的控制信号,使得补偿开关510在一充电时间处于闭合状态,该充电时间实现了与主电脉冲的上升时间对应的补偿电脉冲的下降时间。

如上面所指出的,图5A和5B仅作为示例提供。其它示例可以与关于图5A和5B所描述的不同。

图6是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图600的图(例如,其可以从示波器获得),该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。例如,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。示例曲线图600绘制由DC耦合的VCSEL阵列响应于由电驱动电路提供给DC耦合的VCSEL阵列的电信号而生成的光信号,其中该电信号与类似于与本文关于图1-4、5A和5B所述的主电脉冲的一系列主电脉冲对应。

如图6中所示,光信号的光脉冲具有长上升时间(例如,由于寄生电感),这使光脉冲的形状偏离矩形形状。此外,并且也如图6中所示,光脉冲具有其中光脉冲的功率从峰功率下降到零的短下降时间(例如,快速下降时间)。如本文所述,短下降时间可以促进矩形形状的光脉冲的实现。

图7是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图700的图(例如,其可以从示波器获得),该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。例如,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。示例曲线图700绘制了由AC耦合的VCSEL阵列响应于由电驱动电路提供给AC耦合的VCSEL阵列的电信号而生成的光信号,其中该电信号与类似于与本文关于图1-4、5A和5B所述的补偿电脉冲的补偿电脉冲对应。

如图7中所示,光脉冲具有短上升时间(例如,快速上升时间)。如本文所述,短上升时间可以促进矩形形状的光脉冲的实现。此外,并且也如图7中所示,光脉冲具有窄宽度和下降时间,在一些实施方式中,可以如本文所述对其进行调谐以补偿主电脉冲的上升时间。

在图6-7中,对测量装备的限制(例如,示波器的带宽限制、探头的寄生方面、来自高速开关FET(场效应晶体管)的EMI(电磁干扰)等)可能妨碍直接从电驱动电路对亚纳秒或皮秒电脉冲的干净和准确测量。因而,可以使用仿真来估计由电驱动电路提供给光学负载的峰电流。

如上面所指出的,图6-7仅作为示例提供。其它示例可以与关于图6-7所描述的不同。

图8是示例曲线图802、804、806和806的图,绘制了电驱动电路的示例实施方式中的开关定时(示例曲线图802)、电驱动电路的示例实施方式中的某一点处的电压(示例曲线图804)、电驱动电路的示例实施方式中的另一个点处的电压(示例曲线图806)以及由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流(示例曲线图808)。例如,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。

示例曲线图802可以绘制主开关(例如,图1的主开关112、图2的主开关212、图3的主开关312、图4的主开关412等)和补偿开关(例如,图1的补偿开关128、图2的补偿开关228、图3的补偿开关328、图4的补偿开关等)的开关定时。如图8中所示,主开关和补偿开关可以最初是关断的(例如,处于打开状态),并且在时间t1处,补偿开关可以接通(例如,从打开状态转换到闭合状态)。

如图8中通过示例曲线图802进一步所示,补偿开关可以在时间间隔Δt内保持接通(例如,处于闭合状态)。在一些实施方式中,时间间隔Δt可以与如本文关于图1-4、5A和5B所述的充电时间对应。例如,在时间间隔Δt期间,电驱动电路可以使电流对一个或多个电感元件进行充电(例如,通过充电电路路径)。

如图8中通过示例曲线图802所示,补偿开关可以在时间t2关断(例如,从闭合状态转换到打开状态)。在一些实施方式中,当补偿开关关断时,一个或多个电感元件可以放电以提供如本文关于图1-4、5A和5B所述的补偿电脉冲。

如图8中通过示例曲线图802进一步所示,主开关可以在时间t3接通(例如,从打开状态转换到闭合状态)。在一些实施方式中,当主开关接通时,电驱动电路可以生成如本文关于图1-4、5A和5B所述的主电脉冲。此外,或者可替代地,并且如图8中通过示例曲线图802所示,主开关可以在主时间间隔内保持接通(例如,处于闭合状态),然后关断。在一些实施方式中,时间t2与时间t3可以是相同的时间。在一些实施方式中,时间t2可以在时间t3之后发生。

在电驱动电路的示例实施方式中,示例曲线图804绘制了在点A处的电压V_A。例如,图8的点A可以与图1-4中所示的点A对应。如图8中通过示例曲线图804所示,当主开关和补偿开关关断(例如,处于打开状态)时,电压V_A可以与电压V2对应。例如,电压V2可以与图1的补偿源122的电压对应。

如图8中通过示例曲线图804进一步所示,在补偿开关接通(例如,从打开状态转换到闭合状态)的时间t1处,电压V_A变为零(例如,因为补偿开关将点A短路到地)。在一些实施方式中,在补偿开关接通的时间t1处,点A处的电流可以在时间间隔Δt期间增加并通过补偿开关。

如图8中通过示例曲线图804所示,在补偿开关关断(例如,从闭合状态转换到打开状态)的时间t2处,电压V_A不能立即增加。在一些实施方式中,在补偿开关关断的时间t2处,电压V_A不能立即增加,这是因为在时间t2与一个或多个电感元件通过点A释放电流(例如,提供补偿电脉冲)的时间之间可能存在短延迟(例如,两纳秒或更短、一纳秒或更短、0.5纳秒或更短,等等)。此外,或者可替代地,可以对时间t2和时间t3进行控制、调整等(例如,通过控制器执行延迟调谐,如关于图5A和5B所指出的那样)以解决短延迟,使得,如示例曲线图804中所示,电压V_A可以在主开关接通(例如,从打开状态转换到闭合状态)的时间t3处增加到电压峰Vpeak。在一些实施方式中,可以基于补偿电脉冲的脉冲宽度、控制信号传播延迟(例如,从控制器到栅极驱动器等)等来对时间t2和时间t3进行控制、调整等(例如,通过控制器执行延迟调谐,如关于图5A和5B所述)。但是,如上所述,在一些实施方式中,时间t2与时间t3可以是相同的时间。

如图8中并且通过示例曲线图804进一步所示,在时间t3处达到电压峰V peak之后,电压V_A可以减小到电压V2。例如,通过点A释放电流的一个或多个电感元件可以将电压V_A增加到电压峰V peak,并且当由一个或多个电感元件放电的电流减小时,电压V_A可以减小到电压V2(例如,与图1的补偿源122的电压对应)。

在电驱动电路的示例实施方式中,示例曲线图806可以在点B处绘制电压V_B。例如,图8的点B可以与图1-4中所示的点B对应。如图8中通过示例曲线图806所示,当主开关和补偿开关关断(例如,处于打开状态)时,电压V_B可以与电压V1对应。例如,电压V1可以与图1的主源108的电压对应。如在图8中通过示例曲线图806进一步所示,在补偿开关接通的时间t1处,在时间间隔Δt期间以及在补偿开关关断的时间t2,电压V_B可以保持在电压V1。

如图8中通过示例图806所示,当主开关接通时,电压V_B可以在时间t3增加到电压峰V peak。如关于示例曲线图804所指出的,当补偿开关关断时,在时间t2与一个或多个电感元件通过点A和点B释放电流(例如,以提供补偿电脉冲)的时间之间可能存在短延迟(例如,两纳秒或更短、一纳秒或更短、0.5纳秒或更短,等等),并且可以对时间t2和时间t3进行控制、调整等以解决短延迟。因此,当一个或多个电感元件放电的电流通过点B时,电压V_B可以增加到电压峰V peak,并且因为主开关同时接通,所以一个或多个电感元件放电的电流可以通过点B到达光学负载。在一些实施方式中,示例曲线图806中的V peak的电压值可以是示例曲线图804中的V peak的不同电压值。

示例曲线图808绘制了由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流。如图8中所示,电驱动电路不能向光学负载提供任何电流,直到主开关在时间t3处接通(例如,从打开状态转换到闭合状态)为止。但是,因为可以对时间t3进行控制、调整等以解决时间t2与一个或多个电感元件释放电流以提供补偿电脉冲的时间之间的短延迟,所以当主开关在时间t3处接通时,电驱动电路可以在时间t3处提供来自主电路路径的电流(例如,主电脉冲)和来自放电电路路径的电流(例如,补偿电脉冲)。以这种方式,并且如图8中通过示例曲线图808所示,电驱动电路可以向光学负载提供具有短上升时间(例如,电流快速增加到最大电流)、恒定幅度和/或短下降时间的电流(例如,组合电脉冲)。

图9是示例图902、904和906的图,其绘制了由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流。例如,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。此外,或者可替代地,电驱动电路可以由控制器(例如,本文关于图5A和5B描述的控制器502)控制,以执行与关于图8描述的开关时序相似的开关时序。例如,示例曲线图902、904和906中示出的时间t1、t2和t3可以与图8中示出并关于其描述的时间t1、t2和t3对应。

示例曲线图902绘制了可以由电驱动电路的主电路路径生成的(例如,主电脉冲的)主电流。如图9中通过示例曲线图902所示,主电流可以具有长上升时间(例如,电流缓慢增加到最大电流)和短下降时间(例如,电流从最大电流迅速减小到零)。

示例曲线图904绘制了可以由电驱动电路的放电电路路径生成的(例如,补偿电脉冲的)补偿电流。如图9中通过示例曲线图904所示,补偿电流可以具有短上升时间(例如,电流迅速增加到最大电流)和长下降时间(例如,电流从最大电流逐渐减小到零)。

示例曲线图906绘制了可以由电驱动电路提供给光学负载的组合电流(例如,组合电脉冲)。例如,电驱动电路可以组合主电流和补偿电流以生成组合电流。如图9中通过示例曲线图906所示,组合电流可以具有短上升时间(例如,与补偿电流的短上升时间相对应和/或短于其)和短下降时间(例如,与主电流的短下降时间相对应),从而向光学负载提供具有矩形形状脉冲的组合电流。例如,组合电流可以具有比主电流短的上升时间和/或比补偿电流短的下降时间。

如图9中通过示例曲线图906进一步所示,补偿电流的最大电流可以与主电流的最大电流对应。如图9中通过示例曲线图906进一步所示,补偿电流的长下降时间可以与主电流的长上升时间对应,使得在主电流的上升时间和/或补偿电流的下降时间期间组合电流与主电流和/或补偿电流的最大电流对应。换句话说,(例如,补偿电脉冲的)补偿电流可以在(例如,主电脉冲的)主电流的上升时间期间补偿主电流,使得组合电流在主电流的上升时间期间提供恒定电流。

以这种方式,电驱动电路可以生成具有短上升时间、恒定幅度和短下降时间的组合电流(例如,组合电脉冲)并将其提供给光学负载。通过向光学负载提供这种组合电流,电驱动电路可以驱动光学负载以发射具有矩形形状的光脉冲。

如上面所指出的,图8-9仅作为示例提供。其它示例可以与关于图8-9所描述的不同。例如,代替对主开关和补偿开关进行控制以使得补偿电脉冲和主电脉冲被组合以提供组合电脉冲,控制器可以被配置为控制主开关和补偿开关仅生成补偿电脉冲或一系列补偿电脉冲(例如,用于3D感测应用),其中补偿电脉冲具有窄脉冲宽度(例如,驱动光学负载以发射具有在30皮秒至1000皮秒的范围内的宽度的光脉冲)。例如,控制器可以控制电驱动电路以驱动光学负载发射类似于在图7中所示并关于其描述的光脉冲的光脉冲或一系列光脉冲。

此外,或者可替代地,对于类似于图1和/或图4的电驱动电路,可以将主源断开、关断、调整为零电压等,使得电驱动电路不生成主电脉冲并且仅生成补偿电脉冲或一系列补偿电脉冲(例如,具有窄脉冲宽度)。在这种实施方式中,电驱动电路可以驱动光学负载以发射类似于在图7中所示并关于其描述的光脉冲的光脉冲或一系列光脉冲。

以这种方式,电驱动电路可以是可重新配置的,以生成用于驱动光学负载的矩形形状电脉冲或窄电脉冲。通过以这种方式可重新配置允许将电驱动电路和/或飞行时间系统用于不同类型的应用(例如,直接飞行时间、间接飞行时间、3D感测、激光雷达(LIDAR)等)。

图10是绘制由电驱动电路的示例实施方式提供给光学负载的电流的形状的示例曲线图1002和1004的图。例如,形状可以用于与关于图9描述的补偿电流类似的补偿电流。此外,或者可替代地,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。

如图10中通过示例曲线图1002所示,可以调整补偿宽度(例如,补偿电流的宽度)以实现补偿宽度a、b和c。例如,可以调整电驱动电路中的补偿电容元件(例如,图1的补偿电容元件124)的电容以实现不同的补偿宽度。在一些实施方式中,较高的电容可以增加补偿宽度,诸如对于补偿宽度c。此外,或者可替代地,较低的电容可以减小补偿宽度,诸如对于补偿宽度a。

如图10中通过示例曲线图1004所示,可以调整补偿强度(例如,补偿电流的最大电流和/或下降时间)以实现补偿强度a、b和c。例如,可以调整电驱动电路中由源(例如,图1的补偿源122)供应的电压和/或电感元件(例如,图1的补偿电感元件126)的电感,以实现不同的补偿强度。在一些实施方式中,较高的电压和/或较高的电感可以增加补偿强度,诸如对于补偿强度c。此外,或者可替代地,较低的电压和/或较低的电感可以减小补偿强度,诸如对于补偿强度a。

通过调整补偿宽度和调整补偿强度,电驱动电路可以实现补偿电流(例如,补偿电脉冲),该补偿电流补偿(例如,补充)主电流(例如,主电脉冲)以实现具有矩形形状的组合电流(例如,组合电脉冲)。以这种方式,电驱动电路可以被设计为向光学负载提供矩形形状的组合电流并且驱动光学负载以发射矩形形状的光脉冲。此外,通过驱动光学负载以发射矩形形状的光脉冲,电驱动电路可以改善基于飞行时间的测量系统的性能。

如上面所指示的,图10仅作为示例提供。其它示例可以与关于图10所描述的不同。

图11是绘制电驱动电路的示例实施方式中的开关定时的示例的示例曲线图1102和1104的图。例如,电驱动电路可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路。在一些实施方式中,控制器可以控制(例如,基于开关定时)电驱动电路向光学负载重复地提供电脉冲(例如,组合电脉冲)。

示例曲线图1102绘制主开关(例如,图1的主开关112、图2的主开关212、图3的主开关312、图4的主开关412等)和补偿开关(例如,图1的补偿开关128、图2的补偿开关228、图3的补偿开关328、图4的补偿开关等)针对脉冲周期的示例开关定时。在一些实施方式中,用于脉冲的主开关和补偿开关的开关定时可以类似于在图8-9中所示并关于其描述的开关定时。

如图11中通过示例曲线图1102和1104所示,时间段T可以与主开关针对每个脉冲接通的时间之间的时间段(例如,每个脉冲的开始之间的时间段)对应,并且时间段T_on可以与针对每个脉冲主开关接通的时间段对应。脉冲占空比可以与时间段T_on与时间段T的比率对应。

如示例曲线图1102中的断线所指示的,时间段T可以具有不确定的长度(例如,长时间段)。因而,对于一些应用,脉冲占空比(T_on/T)可能非常低。例如,脉冲占空比可以小于0.1%(例如,对于直接飞行时间应用)。

如图11中通过示例曲线图1104所示,时间段T也可以短。在一些实施方式中,当补偿开关接通时,充电时间可以确定时间段T可以多短。例如,并且如图11中通过示例曲线图1104所示,充电时间可以小于时间段T_on。因而,对于一些应用,脉冲占空比(T_on/T)可以非常高。

在一些实施方式中,如果与第一主电脉冲的宽度相比,第一补偿电脉冲的下降时间短,那么在主开关仍然接通的时候,补偿开关可以接通以对电感元件再次充电。以这种方式,电驱动电路可以在生成第一主电脉冲的同时对电感元件再次充电以用于第二补偿电脉冲,这可以允许时间段T的进一步减小和脉冲占空比(T_on/T)的增加。

此外,如果补偿电脉冲的下降时间与电感元件的充电时间之和小于或等于时间段T_on,那么主开关可以关断非常短的时间段,然后再次接通以生成另一个主电脉冲。换句话说,如果补偿电脉冲的下降时间和电感元件的充电时间都短到足以使电感元件可以在时间段T_on期间完全放电并再次充电,那么可以减小时间段T与时间段T_on之间的差。通过将时间段T与时间段T_on之间的差减小到几乎为零,脉冲占空比(T_on/T)可以接近100%(例如,99.9%、99.5%、99%、95%等)。在一些实施方式中,主开关的开关速度可以限制脉冲占空比(T_on/T)可以多高。在一些实施方式中,电驱动电路可以具有50%的脉冲占空比(例如,对于间接飞行时间应用)。

以这种方式,电驱动电路可以实现具有宽范围的脉冲占空比(例如,在从单个脉冲到接近100%的脉冲占空比的范围内),并且可以调整开关定时(例如,由控制器)以实现针对不同应用(例如,直接飞行时间应用、间接飞行时间应用等)的脉冲占空比。

如上面所指出的,图11仅作为示例提供。其它示例可以与关于图11所描述的不同。

图12是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图1200的图,该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。例如,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。示例曲线图1200绘制由VCSEL阵列响应于由电驱动电路提供给VCSEL阵列的电信号而生成的光信号,其中电信号与类似于本文关于图1-4、5A、5B和8-11所述的组合电脉冲的一系列组合电脉冲(例如,主电脉冲和补偿电脉冲)对应。VCSEL阵列可以被DC耦合到电驱动电路的主电路路径(例如,类似于图1的主电路路径102等),并且可以被AC耦合到放电电路路径(例如,类似于图1的放电电路路径106等)。例如,主电流可以被DC耦合到VCSEL阵列,并且补偿电流可以被AC耦合到VCSEL阵列。

如图12中所示,电驱动电路可以驱动光学负载以发射一系列光学脉冲(例如,脉冲串)。例如,图12中所示的光脉冲可以具有52ps的上升时间、280ps的下降时间以及上升时间与下降时间之间的低波动(例如,恒定幅度),并且电驱动电路可以以100兆赫兹(MHz)的脉冲频率驱动光学负载。以这种方式,电驱动电路可以实现具有矩形形状的光脉冲。此外,通过驱动光学负载以发射矩形形状的光脉冲,电驱动电路可以改善基于飞行时间的测量系统的性能。

如上面所指出的,图12仅作为示例提供。其它示例可以与关于图12所描述的不同。

图13是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图1300的图,该光学检测器与本文描述的电驱动电路和光学负载相关联。示例曲线图1300响应于由电驱动电路提供给VCSEL阵列的电信号而绘制由VCSEL阵列生成的光信号。

如图13中所示,电驱动电路可以驱动光学负载以发射在上升时间和下降时间之间具有高波动的光脉冲(例如,幅度可变、不规则、不一致、不恒定等)。例如,并且如图13中所示,光脉冲具有与峰幅度的大约38%对应的纹波幅度(例如,峰幅度与上升时间和下降时间之间的最小幅度之差)。这种波动会对基于飞行时间的测量系统(例如,3D感测系统)的性能产生负面影响。

图14和15是绘制来自接收光信号的光学检测器的电压的示例曲线图1400和1500的图,该光信号与本文描述的电驱动电路和光学负载的示例实施方式相关联。例如,电驱动电路和光学负载可以类似于本文关于图1-4描述的电驱动电路和光学负载。示例曲线图1400和1500绘制由VCSEL阵列响应于由电驱动电路提供给VCSEL阵列的电信号而生成的光信号,其中电信号与类似于本文关于图1-4、5A、5B和8-11所述的组合电脉冲的一系列组合电脉冲(例如,主电脉冲和补偿电脉冲)对应。VCSEL阵列可以被DC耦合到电驱动电路的主电路路径(例如,类似于图1的主电路路径102等),并且可以被AC耦合到放电电路路径(例如,类似于图1的放电电路路径106等)。例如,主电流可以被DC耦合到VCSEL阵列,并且补偿电流可以被AC耦合到VCSEL阵列。

如图14和15中所示,电驱动电路可以驱动光学负载以发射一系列光脉冲。例如,图14中所示的光脉冲可以具有97ps的上升时间、大约40ps的下降时间以及上升时间和下降时间之间的低波动(例如,恒定幅度、低纹波幅度(诸如小于峰幅度的25%等)),并且电驱动电路可以以20MHz的脉冲频率驱动光学负载。作为另一个示例,图15中所示的光脉冲可以具有53ps的上升时间、大约400ps的下降时间以及上升时间和下降时间之间的低波动,并且电驱动电路可以以50MHz的脉冲频率驱动光学负载。还如图15中所示,光脉冲具有与峰幅度的大约23%对应的波动幅度(例如,峰幅度与上升时间和下降时间之间的最小幅度之差)。

以这种方式,电驱动电路可以实现具有矩形形状的光脉冲。此外,通过驱动光学负载以发射矩形形状的光脉冲,电驱动电路可以改善基于飞行时间的测量系统的性能。

如上面所指出的,图14-15仅作为示例提供。其它示例可以与关于图14-15所描述的不同。

图16是用于驱动光学负载的示例过程1600的流程图。在一些实施方式中,图16的一个或多个过程方框可以由电驱动电路(例如,如在图1-4、5A、5B和/或8-11中示出并关于其进行描述的电驱动电路执行)。在一些实施方式中,图16的一个或多个过程方框可以由与电驱动电路分离或包括电驱动电路的另一个设备或一组设备(诸如光学设备(例如,如在图1-4、5A、5B和/或8-11中示出并关于其进行描述的光学设备)、基于飞行时间的测量系统(例如,基于直接飞行时间的测量系统、基于间接飞行时间的测量系统等)、3D感测系统、LIDAR系统等)执行。此外,或者可替代地,图16的一个或多个过程方框可以由电驱动电路、光学设备、基于飞行时间的测量系统、3D感测系统、LIDAR系统等的一个或多个组件(诸如主电路路径、充电电路路径、放电电路路径、一个或多个源、一个或多个开关、控制器等)执行。

如图16中所示,过程1600可以包括对一个或多个电感元件进行充电(方框1610)。例如,如上所述,电驱动电路可以对一个或多个电感元件进行充电。在一些实施方式中,电驱动电路包括一个或多个电感元件。在一些实施方式中,电驱动电路包括在一个或多个电感元件与光学负载之间串联的电容元件。在一些实施方式中,电驱动电路连接到一个或多个源。

如图16中进一步所示,过程1600可以包括在充电之后并且在第一时间间隔内生成主电脉冲(方框1620)。例如,如上所述,电驱动电路可以在充电之后并且在第一时间间隔内生成主电脉冲。

如图16中进一步所示,过程1600可以包括在充电之后并且在第二时间间隔内对一个或多个电感元件进行放电以提供补偿电脉冲,其中第二时间间隔的至少一部分与第一时间间隔重叠(方框1630)。例如,如上所述,电驱动电路可以在充电之后并且在第二时间间隔内对一个或多个电感元件进行放电以提供补偿电脉冲。在一些实施方式中,第二时间间隔的至少一部分与第一时间间隔重叠。在一些实施方式中,方框1630可以在方框1620之前开始。在一些实施方式中,方框1630可以在方框1610完成之前开始。

如图16中进一步所示,过程1600可以包括将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲(方框1640)。例如,如上所述,电驱动电路可以将主电脉冲和补偿电脉冲组合成组合电脉冲。在一些实施方式中,方框1640可以在方框1620和/或方框1630完成之前开始。

如图16中进一步所示,过程1600可以包括将组合电脉冲提供给光学负载(方框1650)。例如,如上所述,电驱动电路可以将组合电脉冲提供给光学负载。

过程1600可以包括附加的实施方式,诸如以下描述和/或结合本文其它地方描述的一个或多个其它过程的任何单个实施方式或实施方式的任何组合。

在第一实施方式中,组合电脉冲具有与补偿电脉冲的上升时间成比例的上升时间。

在第二实施方式中,单独地或与第一实施方式组合,补偿电脉冲是尖峰脉冲。

在第三实施方式中,单独地或与第一和第二实施方式中的一个或多个组合,与补偿电脉冲相比,主电脉冲具有更长的上升时间,并且对补偿电脉冲进行放电补偿了主电脉冲的更长上升时间。

在第四实施方式中,单独地或与第一至第三实施方式中的一个或多个组合,由补偿电脉冲提供的补偿电流在主电脉冲的上升时间期间补偿主电脉冲的主电流,使得组合电脉冲在主电脉冲的上升时间期间提供恒定电流。

在第五实施方式中,单独地或与第一至第四实施方式中的一个或多个组合,组合电脉冲具有比主电脉冲短的上升时间和比补偿电脉冲短的下降时间。

在第六实施方式中,单独地或与第一至第五实施方式中的一个或多个组合,第二时间间隔在第一时间间隔之前开始。

在第七实施方式中,单独地或与第一至第六实施方式中的一个或多个组合,第二时间间隔与第一时间间隔同时开始。

在第八实施方式中,单独地或与第一至第七实施方式中的一个或多个组合,第二时间间隔与第一时间间隔对应。

在第九实施方式中,单独地或与第一至第八实施方式中的一个或多个组合,第二时间间隔小于第一时间间隔的一半。

在第十实施方式中,单独地或与第一至第九实施方式中的一个或多个组合,电驱动电路包括用于对一个或多个电感元件进行充电的充电电路路径、用于生成主电脉冲的主电路路径,以及用于对补偿电脉冲进行放电的放电电路路径。

在第十一实施方式中,单独地或与第一至第十实施方式中的一个或多个组合,对一个或多个电感元件进行充电包括在充电时间内闭合电驱动电路中的开关,并且对一个或多个电感元件进行放电以提供补偿电脉冲包括在充电时间之后打开开关。

虽然图16示出了过程1600的示例方框,但是在一些实施方式中,过程1600可以包括比图16中所描绘的方框更多的方框、更少的方框、不同的方框或不同布置的方框。此外,或者可替代地,可以并行执行过程1600的方框中的两个或更多个。

前述公开提供了说明和描述,但并不旨在是详尽的或将实施方式限制到所公开的精确形式。可以根据以上公开内容进行修改和变化,或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。此外,除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式不能被组合的原因,否则本文描述的任何实施方式都可以被组合。

如本文所使用的,术语“组件”旨在被广义地解释为硬件、固件和/或硬件和软件的组合。

显而易见的是,本文描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件或硬件和软件的组合实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码并不限制实施方式。因此,本文在不参考具体软件代码的情况下描述了系统和/或方法的操作和行为—应该理解的是,可以基于本文的描述将软件和硬件设计为实现系统和/或方法。

即使在权利要求中叙述了特征的特定组合和/或在说明书中公开了特征的特定组合,这些组合也不旨在限制各种实施方式的公开。实际上,这些特征中的许多可以以权利要求书中未具体叙述和/或说明书中未公开的方式组合。虽然下面列出的每个从属权利要求可以仅直接依赖于一个权利要求,但是各种实施方式的公开包括与权利要求集中的每个其它权利要求组合的每个从属权利要求。

除非明确描述,否则本文使用的任何元件、动作或指令都不应当被解释为关键的或必要的。而且,如本文所使用的,冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目,并且可以与“一个或多个”互换使用。另外,如本文所使用的,冠词“该”旨在包括结合冠词“该”引用的一个或多个项目,并且可以与“一个或多个”互换使用。此外,如本文所使用的,术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如,相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等),并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅意图一个项目的情况下,使用短语“仅一个”或类似的语言。而且,如本文所使用的,术语“具有”旨在是开放式术语。另外,短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”,除非另有明确说明。而且,如本文所使用的,术语“或”在串联使用时意图是包含性的,并且可以与“和/或”互换使用,除非另有明确说明(例如,如果与“或者(either)”或“仅其中之一”)。另外,为了容易描述,在本文中可以使用空间相对术语(诸如“更靠近”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等)来描述一个元件或特征与如图所示的另一个(或多个)元件或特征的关系。除了在图中描绘的朝向之外,空间相对术语还旨在涵盖使用或操作中的装置、设备和/或元件的不同朝向。装置可以以其它方式定向(旋转90度或以其它朝向)并且本文使用的空间相对描述符可以同样被相应地解释。

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