半导体激光器驱动电路、多线激光器及多线激光雷达

文档序号:570970 发布日期:2021-05-18 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 半导体激光器驱动电路、多线激光器及多线激光雷达 (Semiconductor laser drive circuit, multi-line laser and multi-line laser radar ) 是由 张厚博 王晓燕 于 2020-12-31 设计创作,主要内容包括:本发明适用于激光雷达技术领域,提供了一种半导体激光器驱动电路、多线激光器及多线激光雷达,该半导体激光器驱动电路包括:至少两个充电单元和至少一个放电单元;至少两个充电单元中每个充电单元的输入端用于连接电源,至少两个充电单元中每个充电单元的输出端连接后与至少一个放电单元连接;至少两个充电单元用于按照预设频率为至少一个放电单元充电,以使至少一个放电单元的放电频率满足要求。本发明通过至少两个充电单元按照预设频率为至少一个放电单元充电,可以缩短至少一个放电单元多次充电的时间间隔,使至少一个放电单元的放电频率满足高重频的要求,进而使基于本发明的多线激光器可以满足激光雷达系统的探测精度要求。(The invention is suitable for the technical field of laser radars, and provides a semiconductor laser driving circuit, a multi-line laser and a multi-line laser radar, wherein the semiconductor laser driving circuit comprises: at least two charging units and at least one discharging unit; the input end of each of the at least two charging units is used for being connected with a power supply, and the output end of each of the at least two charging units is connected with at least one discharging unit; the at least two charging units are used for charging the at least one discharging unit according to a preset frequency, so that the discharging frequency of the at least one discharging unit meets the requirement. According to the invention, at least one discharging unit is charged by at least two charging units according to the preset frequency, so that the time interval of multiple charging of at least one discharging unit can be shortened, the discharging frequency of at least one discharging unit meets the requirement of high repetition frequency, and further, the multi-line laser based on the invention can meet the detection precision requirement of a laser radar system.)

半导体激光器驱动电路、多线激光器及多线激光雷达

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域,尤其涉及一种半导体激光器驱动电路、多线激光器及多线激光雷达。

背景技术

单线脉冲半导体激光器因其具有体积小、功耗低、可靠性高等特点,已广泛应用于民用测距、民用探测、激光引信、激光制导等军事领域,而多线集成窄脉冲半导体激光器模块在激光雷达、多目标探测追踪等领域也有重要作用。

随着技术的发展,对激光引信及激光雷达的探测距离和探测精度提出了越来越高的要求,进而对单线脉冲半导体激光器或多线集成窄脉冲半导体激光器提出了更高的要求。因此,如何使单线脉冲半导体激光器或多线集成窄脉冲半导体激光器具有更窄的脉冲、更高的光功率及更精细的控制对提高激光雷达系统的探测精度至关重要。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例提供了一种半导体激光器驱动电路、多线激光器及多线激光雷达,以解决现有技术中单线脉冲半导体激光器或多线集成窄脉冲半导体激光器不能满足激光雷达系统的高探测精度的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种半导体激光器驱动电路,包括:

至少两个充电单元和至少一个放电单元;

所述至少两个充电单元中每个充电单元的输入端用于连接电源,所述至少两个充电单元中每个充电单元的输出端连接后与所述至少一个放电单元连接;

所述至少两个充电单元用于按照预设频率为所述至少一个放电单元充电,以使所述至少一个放电单元的放电频率满足要求。

本发明实施例的第二方面提供了一种多线激光器,包括至少一个上述任一项所述的半导体激光器驱动电路、PCB板、散热焊盘和金属散热件;所述至少一个半导体激光器驱动电路集成在所述PCB板的一面,所述PCB板的另一面设置散热焊盘,所述散热焊盘上设置所述金属散热件。

本发明实施例的第三方面提供了一种多线激光雷达,所述多线激光雷达包括如上任一项所述的多线激光器。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:本发明通过至少两个充电单元和至少一个放电单元构成半导体激光器驱动电路,通过至少两个充电单元按照预设频率为至少一个放电单元充电,可以使一个充电单元在为至少一个放电单元充电时,另外至少一个充电单元同时充电,进而在至少一个放电单元放电完成后,由另外至少一个充电单元为至少一个放电单元充电,缩短至少一个放电单元多次充电的时间间隔,进而使至少一个放电单元的放电频率满足高重频的要求,使基于本发明的多线激光器可以实现对激光雷达系统的更精细的控制,进而满足激光雷达系统的探测精度要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的半导体激光器驱动电路的结构示意图;

图2是本发明实施例提供的激光器芯片的装配示意图;

图3是本发明实施例提供的多线激光器的装配示意图;

图4是本发明实施例提供的激光器芯片的排列示意图。

具体实施方式

以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的半导体激光器驱动电路的结构示意图,详述如下。所述半导体激光器驱动电路10,包括至少两个充电单元111和112,以及至少一个放电单元121。

其中,至少两个充电单元中每个充电单元的输入端用于连接电源VCC,至少两个充电单元中每个充电单元的输出端连接后与至少一个放电单元连接。至少两个充电单元用于按照预设频率为至少一个放电单元充电,以使至少一个放电单元的放电频率满足要求。

本发明实施例通过至少两个充电单元和至少一个放电单元构成半导体激光器驱动电路,通过至少两个充电单元按照预设频率为至少一个放电单元充电,可以使一个充电单元在为至少一个放电单元充电时,另外至少一个充电单元同时充电,进而在至少一个放电单元放电完成后,由另外至少一个充电单元为至少一个放电单元充电,缩短至少一个放电单元多次充电的时间间隔,进而使至少一个放电单元的放电频率满足高重频的要求,使基于本发明的多线激光器可以实现对激光雷达系统的更精细的控制,进而满足激光雷达系统的探测精度要求。

可选的,当放电单元的个数为至少两个时,至少两个放电单元之间并联连接。

其中,当放电单元的个数为至少两个时,至少两个放电单元之间并联连接,且至少两个放电单元并联连接后与至少两个充电单元中每个充电单元的输出端连接。以便于至少两个充电单元可以按照预设频率为至少两个放电单元充电,使至少两放电单元的放电频率满足要求。

可选的,充电单元111可以包括:电感L1、二极管D1和开关管Q1。

其中,电感L1的一端用于连接电源VCC,电感L1的另一端分别与开关管Q1的漏极和二极管D1的正极连接;开关管Q1的栅极用于输入第一充电驱动信号T1,开关管Q1的源极接地;二极管D1的负极作为充电单元111的输出端。

同样的,充电单元112可以包括:电感L2、二极管D2和开关管Q2。

其中,电感L2的一端用于连接电源VCC,电感L2的另一端分别与开关管Q2的漏极和二极管D2的正极连接;开关管Q2的栅极用于输入第二充电驱动信号T2,开关管Q2的源极接地;二极管D2的负极作为充电单元112的输出端。

可选的,放电单元121可以包括:激光器芯片LD1、电容C1和开关管Q11。

其中,激光器芯片LD1的正极与电容C1的一端连接后与至少两个充电单元中每个充电单元的输出端连接,激光器芯片LD1的负极与开关管Q11的漏极连接;电容C1的另一端与开关管Q11的源极连接后接地;开关管Q11的栅极用于输入第一放电驱动信号T11。

本实施例中,当半导体激光器驱动电路包括三个或者三个以上充电单元时,每个充电单元的结构均与充电单元111和充电单元112的结构相同。当半导体激光器驱动电路包括两个或两个以上放电单元时,每个放电单元的结构均与放电单元121的结构相同。

本实施例中,当第一充电驱动信号T1为高电平时,开关管Q1导通,电感L1储能,当第一充电驱动信号T1为低电平时,开关管Q1截止,电感L1储存的能量通过二极管D1向电容C1充电,电容C1储能,当第一放电驱动信号T11为高电平时,电容C1储存的能量通过开关管Q11向激光器芯片LD1放电,产生窄脉冲电流,进而实现窄脉冲激光输出。

同理,当第二充电驱动信号T2为高电平时,开关管Q2导通,电感L2储能,当第二充电驱动信号T2为低电平时,开关管Q2截止,电感L2储存的能量通过二极管D2向电容C1充电,电容C1储能,当第一放电驱动信号T11为高电平时,电容C1储存的能量通过开关管Q11向激光器芯片LD1放电,产生窄脉冲电流,进而实现窄脉冲激光输出。

本实施例由于采用至少两个充电单元,也就是至少两路电感储能,采用多电感间歇充电及能量压缩方式,当电感L1储存的能量在转移过程中,电感L2可以提前储能,缩短电容C1多次充电的时间间隔。从而实现脉冲半导体激光器短间隔多脉冲激光发射,达到高重频、窄脉冲的要求,进而满足以本实施例的半导体激光器驱动电路作为光源的激光雷达系统的探测精度要求。

示例性的,本实施例的第一充电驱动信号T1、第二充电驱动信号T2……第n充电驱动信号Tn均可以由开关管驱动芯片产生,同样地,第一放电驱动信号T11、第二放电驱动信号T12……第n放电驱动信号T1n也可以由开关管驱动芯片产生,在利用本实施例的半导体激光器驱动电路作为激光雷达系统的光源时,可以设计第一充电驱动信号T1、第二充电驱动信号T2……第n充电驱动信号Tn的频率以及第一放电驱动信号T11、第二放电驱动信号T12……第n放电驱动信号T1n的频率,以使至少一个放电单元构成的整体的放电频率满足激光雷达系统的工作频率要求。

本实施例中,还可以通过控制至少两个充电单元中每个充电单元的储能,进而控制每个充电单元给至少一个放电单元充电的能量,使至少一个放电单元根据不同的充电单元的储能进行放电时,可以发射不同幅值的激光,进而使以本实施例的半导体激光器驱动电路作为光源的激光雷达系统具有特定的编码,避免不同激光雷达同时工作时容易造成误识别、抗干扰能力差的问题。

可选的,参见图2,激光器芯片LD1可以包括光纤和激光器。

其中,采用直径不大于200μm的光纤进行光学角度压缩,采用低收缩率的光学固化胶进行光纤固定,保证激光器芯在复杂环境中的稳定性。

作为本发明的又一实施例,参见图3,本发明还包括一种多线激光器,包括上述实施例中的至少一个半导体激光器驱动电路、PCB板、散热焊盘和金属散热件。

其中,至少一个半导体激光器驱动电路集成在PCB板的一面,PCB板的另一面设置散热焊盘,散热焊盘上设置所述金属散热件。

其中,本实施例的多线激光器在进行集成封装时,将半导体激光器驱动电路中的激光器芯片、至少一个半导体激光器驱动电路、PCB板、散热焊盘和金属散热件依次统一封装。至少一个半导体激光器驱动电路集成在PCB板的一面,PCB板的另一面设置大面积散热焊盘,散热焊盘上设置所述金属散热件,散热焊盘与金属散热件紧密贴合,由于多线激光器中产生热量最多的为开关管及二极管,热量均集中于GND焊盘,因此采用大面积GND焊盘作为散热通道,并与金属散热件紧密贴合,采用传导散热实现高重频光源指标。

其中,在激光器芯片装配过程中,采用高精度贴片机进行操作,保证装配角度精度。激光器芯片装配、半导体激光器驱动电路装配以及整体装配时可以设置装配的温度梯度。

可选的,当半导体激光器驱动电路中包括一个放电单元时,多线激光器包括至少两个半导体激光器驱动电路。

其中,当半导体激光器驱动电路中包括一个放电单元时,构成的多线激光线中只有一个激光器芯片,因此,需要至少两个半导体激光器驱动电路才可以构成多线激光器。

示例性的,当多线激光器包括一个半导体激光器驱动电路时,可以令半导体激光器驱动电路中包括四个放电单元,当多线激光器包括两个半导体激光器驱动电路时,可以令半导体激光器驱动电路中包括两个放电单元,具体可以根据需要实现的多线激光器的线束决定多线激光器包括几个半导体激光器驱动电路,以及半导体激光器驱动电路中包括几个放电单元。

本实施例中,可以根据半导体激光器驱动电路及半导体激光器驱动电路中的放电单元自由组合获得多线激光器,使得多线激光器的结构更加灵活,进而基于多线激光器制作多线激光雷达系统时,降低多线激光雷达的制作成本及调试难度,有利于降低雷达整机的成本,提高雷达整机的生产能力。

可选的,参见图4,当至少一个半导体激光器驱动电路中包括至少两个激光器芯片时,相邻两个激光器芯片之间的间距为2.5mm~3.0mm。

其中,至少两个激光器芯片集成在PCB板的一面上,至少两个激光器芯片可以沿PCB板的第一边设置,每个激光器芯片的设置角度为1°~15°,设置角度为预设连线与第一边的夹角,预设连线为对应激光器芯片与第一边的任一端之间的连线。

其中,PCB板最外层的两只激光器芯片的设置角度可以在1°~3°,按照本实施例的排列结构对多个激光器芯片进行排列,可以使多个激光器芯片的覆盖面积较大,实现30°的照射范围,进而有利于提高多线激光雷达系统的空间分辨率。

作为本发明的再一实施例,本发明还包括一种多线激光雷达,包括上面所述任一项的多线激光器,并与上面所述任一实施例的多线激光器具有相同的有益效果。

在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。

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