一种半导体激光器驱动电路及激光雷达的制作方法

本实用新型涉及一种半导体激光器驱动电路，尤其涉及一种窄脉冲多线半导体激光器驱动电路。

技术背景

激光雷达广泛应用于交通、医疗等行业，更是无人驾驶中的核心技术，其性能：测距能力和测距精度，在一定程度上受到激光驱动电路的影响。目前市场上主要有8线、16线、32线、64线等，在未来的发展中，为提高其扫描精度，激光雷达的线数会越来越多，对于激光发射模块，意味着将会使用越来越多的激光管，这也对激光驱动电路有很大的考验。

目前普遍存在的多线激光驱动电路的不足主要有：1、电路性能：由于对激光峰值功率有一定的要求，脉宽减小到一定程度时，会减弱峰值功率，但窄脉宽能够提高计时精度，所以这是一个矛盾，并且较大脉宽也不利于提高激光重频；2、小型化问题：激光驱动外围电路器件较多，线数越多，其外围器件越多，不利于小型化集成。

技术实现要素：

本实用新型提供一种半导体激光器驱动电路，其在电路性能方面可以减小激光脉冲宽度，以提高计时精度；小型化问题上，采用共高压形式，并且选用特殊材质器件以达到减小电路面积。

本实用新型电路通过以下方式实现，包括：

N路充电及储能模块、激光发射模块、N路激光发光控制模块；

所述N路充电及储能模块，64≥N≥2，其中每路中又包括：限流电阻 Ri、整流二极管Di、储能电容Ci；

所述限流电阻一端Ri与所述整流二极管Di相连接，所述整流二极管Di与所述储能电容Ci相连接；

每路中的所述限流电阻Ri的另一端相互连接，并与外接高压相连，所述N路充电及所述储能模块用于储存激励激光管发光的高压；

所述激光发射模块，包括N个半导体激光管，每个所述半导体激光管的阳极与所述N路充电及所述储能模块中的充电电容Ci相连，用于产生激光脉冲；

所述N路激光发光控制模块，64≥N≥2，其中每路中包括NMOS管、激光驱动脉冲信号，每路的NMOS管Qi漏极与所述激光发射模块对应的半导体激光管的阴极相连，所述NMOS管Qi源极与地连接，所述NMOS管 Qi栅极与激光驱动信号相连接；

所述N路激光发光控制模块用于控制所述激光发射模块分时发光。

优选地，在进行PCB绘制时所述充电电容Ci与半导体激光管阳极相连的引脚到对应的半导体激光管阳极的路径距离为小于10mm；

所述NMOS管Qi漏极到对应的半导体激光管阴极的路径距离为小于 10mm；

所述NMOS管Qi源极与所述充电电容Ci的接地引脚的路径距离为小于10mm。

优选地，所述N路充电及储能模块中，所述储能电容Ci为NP0或 COG材质电容；这两种材质电容的等效串联电阻和等效串联电感相对较小，适合用于高速放电的环境下，用于在所述NMOS管Qi导通后，由于所述储能电容Ci的等效串联电阻小，其电流上升的最大值会更大，于所述储能电容Ci的等效串联电感小，其电流上升到最大值的时间会更短。

优选地，所述N路充电及储能模块中，所述储能电容Ci的容值为 100pF-1nF；所述储能电容的容值决定了激光脉冲的宽度，容值约小，激光脉冲宽度越小。

优选地，所述激光发射模块为半导体激光管阵列；半导体激光管阵列有利于减小激光管间的间隙，便于集成以利于电路小型化。

优选地，所述NMOS管Qi为氮化镓MOS管；驱动氮化镓MOS管的电压电流更低，而一般的MOS管需要MOS驱动器，有利于减少驱动电路的外围器件，并且氮化镓MOS管的导通内阻会更小，有利于提高激光的脉冲幅值。

另一方面，本实用新型还提供了一种激光雷达，包括上述任意一项所述的一种半导体激光器驱动电路。

本实用新型的有益效果在于：

1、提高电路性能：在不减小激光峰值功率的前提下减小激光脉冲宽度，有利于提高激光雷达测距精度；在不提高电源功耗的前提下，对激光脉冲的峰值功率有一定的增益效果。

2、实现电路小型化：氮化镓MOS管，不需要MOS管驱动器，且氮化镓MOS管的体积较一般的MOS管小，对于电路小型化有很大帮助。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：

图1为根据本实用新型实施方式的窄脉冲多线激光雷达驱动电路的结构示意图。

其中，1为N路充电及储能模块，VH为外接高压电源，Ri (i＝1,2,3,…,n)为限流电阻，Di(i＝1,2,3,…,n)为整流二极管，Ci (i＝1,2,3,…,n)为储能电容，2为激光发射模块，3为N路激光发光控制模块，Qi(i＝1,2,3,…,n)为NMOS管。

具体实施方式

现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本实用新型实施方式的窄脉冲多线激光雷达驱动电路的结构示意图。其中，1为N路充电及储能模块，VH为外接高压电源，Ri (i＝1,2,3,…,n)为限流电阻，Di(i＝1,2,3,…,n)为整流二极管，Ci (i＝1,2,3,…,n)为储能电容，2为激光发射模块，3为N路LD发光控制模块，Qi(i＝1,2,3,…,n)为NMOS管。

外接高压电源VH与每一路的限流电阻Ri相连接，限流电阻Ri与整流二极管Di相连接，整流二极管Di与储能电容Ci相连接，储能电容 Ci另一端与地连接，激光发射模块中每个激光管的阳极与每路的储能电容相连接，阴极与每路的NMOS管Qi漏极相连接，NMOS管Qi源极与地连接，NMOS管Qi栅极与激光驱动信号相连接。

优选地，所述充电电容Ci与半导体激光管阳极相连的引脚到对应的半导体激光管阳极的路径距离为2mm；

所述NMOS管Qi漏极到对应的半导体激光管阴极的路径距离为2mm；

所述NMOS管Qi源极与所述充电电容Ci的接地引脚的路径距离为 2mm。

优选地，所述N路充电及储能模块1中，所述储能电容Ci为TDK生产的高压NP0材质电容，其电容的等效串联电感为0.42nH，等效串联电阻为0.0653Ω。

优选地，所述N路充电及储能模块1中，所述储能电容Ci的容值为 400pF，最终输出的激光脉冲半脉宽为3.5ns。

优选地，所述N路充电及储能模块1中，所述外接高压源VH为130V，配合所述储能电容Ci的400pF容值，最终输出的激光脉冲峰值功率为60W。

优选地，所述激光发射模块2为半导体激光管阵列。

优选地，所述NMOS管Qi为氮化镓MOS管；驱动氮化镓MOS需要较低的驱动电压和电流，而一般的MOS管需要MOS驱动器，有利于减少驱动电路的外围器件，并且氮化镓MOS管的导通内阻会更小，有利于提高激光的脉冲幅值。

本实用新型还提供了一种激光雷达，包括上述实施例所述的一种半导体激光器驱动电路。

已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述 /该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。