光源驱动电路、光源驱动方法以及飞行时间测距传感器与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种光源驱动电路、光源驱动方法以及飞行时间测距传感器。

背景技术：

飞行时间法(timeofflight，tof)通过测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔或激光往返被测物体一次所产生的相位来实现对被测物体的三维结构或三维轮廓的测量。tof测量仪器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3d建模等诸多领域。

飞行时间测距(tof)传感器一般包括：光源模块和感光模块；所述光源模块用于发射特定波段和频率的光波，所述光波在被测物体的表面发生反射，反射光被所述感光模块所接收；所述感光模块根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出被测物体的深度信息。

光源模块的发光单元通常可以为led光源或激光光源等。光源模块的发光性能对于tof传感器的传感性能有较大的影响。光源模块发出的检测光为脉冲光，脉冲光的上升或下降沿越陡峭，越有利于形成超窄的脉冲，传感器的传感性能越佳。

但是，现有技术中，由于电路中会存在各项寄生参数，尤其是寄生电感，对于电流变化有感抗效应，使得光源的脉冲边沿的上升或下降等变化会产生延时，甚至是非理想过冲，影响传感器的传感性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种光源驱动电路、光源驱动方法以及飞行时间测距传感器，能够降低电路中寄生电感的感抗效应对光源发光的影响，提高测量精度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种光源驱动电路，包括：光源，所述光源的阳极连接至电源端；第一开关电路，所述第一开关电路的阳极连接至所述光源的阴极，所述第一开关电路的阴极接低电位点，用于控制所述光源的阴极与低电位点之间的通断状态；第二开关电路，所述第二开关电路一端连接至所述光源的阳极，另一端连接至所述第一开关电路的阴极，用于控制所述电源端与低电位点之间的通断状态。

可选的，包括：所述第一开关电路包括第一开关元件，所述第一开关元件的阳极连接至所述光源的阴极，所述第一开关元件的阴极连接至低电位点；所述第一开关电路还包括第一控制端，连接至第一开关元件的控制端，用于向第一开关元件输入第一控制信号。

可选的，所述第一开关元件的第一控制端与所述第一开关元件之间通过第一缓冲器连接。

可选的，所述第二开关电路包括第二开关元件，所述第二开关元件的阳极连接至所述光源的阳极，所述第二开关元件的阴极连接至第一开关元件的阴极；所述第二开关电路还包括第二控制端，连接至第二开关元件的控制端，用于向所述第二开关元件输入第二控制信号。

可选的，所述第二开关元件的第二控制端与所述第二开关元件之间通过第二缓冲器连接。

可选的，所述第一开关元件包括：三极管、场效应晶体管以及晶闸管中的至少一种；所述第二开关元件包括：三极管、场效应晶体管以及晶闸管中的至少一种。

可选的，所述光源包括发光二极管、垂直腔面发射激光器、边发射激光器、以及光纤激光器中的至少一种。

可选的，所述第一开关元件的阴极与所述低电位点之间连接有电阻。

本发明的技术方案还提供一种光源驱动方法，包括：提供上述光源驱动电路；通过第一控制信号控制所述第一开关电路的通断，使得所述光源发出脉冲光；通过第二控制信号控制所述第二开关电路的通断，使得所述第二开关电路在所述第一开关电路导通之前以及在所述第一开关电路关断之后导通、在所述第一开关电路导通时关断。

可选的，所述第一控制信号和第二控制信号均为脉冲控制信号，且所述第一控制信号与所述第二控制信号非交叠或部分重叠。

本发明的技术方案还提供一种飞行时间测距传感器，包括：上述的光源驱动电路。

本发明的光源驱动电路具有控制光源发光的第一开关电路，以及位于所述光源旁路的第二开关电路，在所述第一开关电路导通前或在所述第二开关电路关断后，所述第二开关电路开启，使得光源以外的电路连线上的电流不发生变化或者只发生较小的变化，从而减少电路连线上的寄生电感的影响，提高光源发出的脉冲光的脉冲边沿的陡峭性，进而提高具有该光源驱动电路的飞行时间测距传感器的检测准确性。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的光源驱动电路的电路结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式的光源驱动电路的等效电路结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式的第一控制信号和第二控制信号的时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的光源驱动电路、光源驱动方法以及飞行时间测距传感器的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本发明一具体实施方式的光源驱动电路的结构示意图。

所述光源驱动电路包括：光源d1、第一开关电路101以及第二开关电路102。

本发明的具体实施方式的描述中，将电子元件的高压端称为阳极，低压端称为阴极。例如，对于nmos晶体管，阳极为nmos晶体管的源极，阴极为nmos晶体管的漏极。

其中，所述光源d1的阳极连接至电源端vdd_ld，第一开关电路101的阳极连接至所述光源d1的阴极，第一开关电路101的阴极接低电位点，用于控制所述光源d1的阴极与低电位点之间的通断状态；所述第二开关电路102一端连接至所述光源d1的阳极，另一端连接至所述第一开关电路101的阴极，用于控制所述电源端vdd_ld与低电位点之间的通断状态。本发明的具体实施方式的描述中，阳极为光源或电路的高电位点、阴极为光源或电路的低电位点；电流从阳极流入，从阴极流出。

该具体实施方式中，所述光源d1为发光二极管，可以为led二极管，或激光二极管等。所述光源d1的阳极为二极管的正极，光源d1的阴极为二极管的负极。在其他具体实施方式中，光源d1可以为发光二极管、垂直腔面发射激光器、边发射激光器以及光纤激光器中的至少一种。

该具体实施方式中，所述第一开关电路101包括第一开关元件m1，所述第一开关元件m1的阳极连接至所述光源d1的阴极，所述第一开关元件m1的阴极连接至低电位点；所述第一开关电路101还包括第一控制端i1，连接至所述第一开关元件m1，用于向所述第一开关元件m1输入第一控制信号m1_sig。该具体实施方式中，所述低电位点为地，所述第一开关元件m1的阴极接地。

所述第一控制信号m1_sig用于控制所述第一开关元件m1的通断状态。当所述第一控制信号m1_sig的电压大于所述第一开关元件m1的开启电压时，所述第一开关元件m1导通，光源d1的阴极与低电位点之间的连通，当降落在光源d1的电压增大，其导通电流增加，直至其导通电流超过发光阈值电流，所述光源d1发光；当所述第一控制信号m1_sig的电压小于所述第一开关元件m1的开启电压时，光源d1的阴极与低电位点之间的断开，光源d1不发光。

该具体实施方式中，所述第一控制端i1与所述第一开关元件m1的阳极之间通过第一缓冲器b1连接，以稳定输入所述第一开关元件m1的第一控制信号m1_sig，同步时钟，去除噪声，提高驱动能力，从而提高所述第一控制信号m1_sig对第一开关元件m1的控制效果。

该具体实施方式中，所述第一开关元件m1为场效应晶体管。例如所述第一开关元件m1为nmos晶体管。所述第一开关元件m1的源极与所述光源d1的阴极连接，所述第一开关元件m1的漏极与低电位点连接，所述第一开关元件m1的栅极与所述第一控制端i1连接。在其他具体实施方式中，所述第一开关元件m1可以包括：三极管、场效应晶体管以及晶闸管等具有开关特性的元件中的至少一种。

所述第二开关电路102包括第二开关元件m2，所述第二开关元件m2的阳极连接至所述光源d1的阳极，所述第二开关元件m2的阴极连接至第一开关元件m1的阴极；所述第二开关电路102还包括第二控制端i2，连接至第二开关元件m2的控制端，用于向所述第二开关元件m2输入第二控制信号m2sig。

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所述第二控制信号m2_sig用于控制所述第二开关元件m2的通断状态。当所述第二控制信号m2_sig的电压大于所述第二开关元件m2的开启电压时，所述第二开关元件m2导通，使得光源d2的阳极与低电位点之间通过第二开关元件m2连通；当所述第二控制信号m2_sig的电压小于所述第二开关元件m2的开启电压时，光源d1的阳极与低电位点之间的断开。

该具体实施方式中，所述第二控制端i2与所述第二开关元件m2的阳极之间通过第二缓冲器b2连接，以稳定输入所述第二开关元件m2的第二控制信号m2_sig，同步时钟，去除噪声，从而提高所述第二控制信号m2_sig对第二开关元件m2的控制效果。

该具体实施方式中，所述第二开关元件m2为场效应晶体管，例如，所述第二开关元件m2为nmos晶体管。所述第二开关元件m2的源极与所述光源d1的阳极连接，所述第二开关元件m2的漏极与第一开关元件m1的阴极连接，所述第二开关元件m2的栅极与所述第二控制端i2连接。在其他具体实施方式中，所述第二开关元件m2可以包括：三极管、场效应晶体管以及晶闸管等具有开关特性的元件中的至少一种。

该具体实施方式中，所述第一开关元件m1和第二开关元件m2的导通电阻相等或相近，使得所述第一开关电路101和第二开关电路102导通时的电流相等或接近，均大于或等于所述光源d1发光的阈值电流。

在该具体实施方式中，所述第一开关元件m1的阴极与所述低电位点之间还连接有电阻r1，以避免电源端vdd_ld与低电位点导通之后的电流过大。在其他具体实施方式中，所述第一开关元件m1的阴极与所述低电位点之间也可以是直接连接，或者根据电路性能要求在所述第一开关元件m1的阴极与所述低电位点之间连接其他电子元件。

本发明的具体实施方式还提供一种飞行时间测距传感器，包括上述具体实施方式中所述的光源驱动电路，所述飞行时间测距传感器包括控制模块，与所述光源驱动电路的第一控制端i1以及第二控制端i2连接，根据光源d1发出的脉冲光的周期及脉宽需求，对所述第一控制端i1以及第二控制端i2分别发送第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig。

请参考图2，为所述图1中电路的等效电路示意图。其中，示出了电路连线上的寄生电感l1～l4。

其中寄生电感l1为电源端vdd_ld与光源d1的阳极之间的电路连线上的寄生电感，寄生电感l2为光源d1的阴极与第一开关电路101的阳极之间的电路连线上的寄生电感，所述寄生电感l3为第一开关电路101的阴极与低电位点之间的电路连线上的寄生电感，所述寄生电感l4为第二开关电路102的阳极与光源d1的阳极之间的电路连线上的寄生电感。

所述光源驱动电路中，光源d1、低电位点以及其他电路元件均可以集成于同一电路板上，由于光源d1以及低点位点与其他电路元件之间通过连接线连接，存在寄生电感，会对电路产生较大的影响。图2中仅示出了电感值较大，对光源d1发光影响较大的几处寄生电感，在其他具体方式中，所述光源驱动电路中其他电路连线处也均存在寄生电感。

本发明的具体实施方式中，还提供一种所述光源驱动电路的光源驱动方法。

所述光源驱动方法具体包括：通过第一控制信号控制m1_sig所述第一开关电路101的通断，使得所述光源d1发出脉冲光；通过第二控制信号m2_sig控制所述第二开关电路102的通断，使得所述第二开关电路102在所述第一开关电路101导通之前以及在所述第一开关电路101关断之后导通、在所述第一开关电路101导通时关断。

由于飞行时间测距传感器要求光源d1发出脉冲光，因此，所述第一控制信号m1_sig也为脉冲信号，所述第一控制信号m1_sig的高电平大于所述第一开关元件m1的开启电压，所述第一控制信号m1_sig的低电平小于所述第一开关元件m1的开启电压；当第一控制信号m1_sig为高电平时，所述第一开关元件m1开启，光源d1发光；当第一控制信号m1_sig为低电平时，所述第一开关元件m1断开，光源d2停止发光。从而使得所述光源d1发出与所述第一控制信号m1—sig脉冲同步的脉冲光。

由于所述电源端vdd_ld、光源d1至低电位点这一电流通路上，至少存在寄生电感l1、寄生电感l2以及寄生电感l3，如果仅通过第一开关电路101控制光源d1的发光状态，各寄生电感位置处的电流会跟随第一开关电路101的开启和断开发生改变，而寄生电感l1～l3则会阻碍这种改变的发生，导致光源d1发出的脉冲光的脉冲边沿的上升或下降等变化会产生延时，从而影响传感器的传感性能。

而本发明的具体实施方式中，在所述第一开关电路101导通之前、所述第一开关电路101关断之后，通过第二控制信号m2_sig控制所述第二开关电路102导通；在第一开关电路102导通时，第二控制信号m2_sig控制第二开关电路101断开。从而使得所述寄生电感l1、寄生电感l3以及寄生电感l4所在电路连线上始终有电流存在，从而能够减少所述光源驱动电路中寄生电感的感抗效应，提高光源d1发出的脉冲光的脉冲边沿的陡峭度，有利于形成宽度较窄的脉冲，提高飞行时间测距传感器的准确性。

请参考图3，为本发明一具体实施方式的所述第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig的时序示意图。

所述第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig均为脉冲控制信号，且第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig的相位相差180度。具体的，当所述第一控制信号m1_sig为高电平时，所述第二控制信号m2_sig为低电平；当所述第一控制信号m1_sig为低电平时，所述第二控制信号m2_sig为高电平，使得所述第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig为非交叠的脉冲控制信号。

在其他具体实施方式中，考虑到器件和线路的信号传输延迟以及发光性能要求，可以对所述第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig的信号的时序进行优化。所述第一控制信号m1_sig和第二控制信号m2_sig的信号边沿可以有一定时间的重叠，以消除器件延迟的影响，使得第一开关元件m1关断后，第二开关元件m2能及时开启，以达到脉冲光波形的边沿陡峭性。

在其他具体实施方式中，可以根据所述驱动电路的功耗要求、电磁干扰等因素，对第二开关元件m2的开启时间进行调整，相应的也对第一开关元件m1的开启时间进行调整。

为了进一步降低电路中寄生电感的影响，进一步可以调整经过所述寄生电感l1～l4的电流大小。在该具体实施方式中，所述第一开关元件m1和第二开关元件m2的导通电阻相等或相近，使得经过寄生电感的电流大小也不发生变化或者仅发生较小的变化，从而减少电路连线上的寄生电感的影响，提高光源发出的脉冲光的脉冲边沿的陡峭性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。