一种VCSEL控制电路及其高压过流保护电路的制作方法

本发明涉及过流保护领域，特别是涉及一种vcsel控制电路及其高压过流保护电路。

背景技术：

1、近年来，随着dtof(direct time-of-fl ight，直接测量飞行时间)图像传感器以及vcsel(vert ical-cavi ty surface-emi tt ing laser，垂直共振腔面射型激光)激光器技术的快速发展，与之配套的vcsel驱动技术也越来越受到关注，为了配合dtof图像传感器的扫描成像方式，vcsel激光器阵列也需要能按照dtof图像传感器设定的时序依次使能特定位置的光源，此时就需要一个vcsel控制电路来控制vcsel发光。vcsel控制电路会将高压电源通过一个高侧nmos(n-metal-oxide-semiconductor，n型金属氧化物半导体)开关连接到输出端，并将输出端连接到对应的vcsel的阳极。此外，输出端还通过一个低侧nmos开关连接到地，输出端还通过一个电容连接到地。高侧开关导通时，高压电源通过对电容充电，电容再对vcsel供电，从而开启vscel；低侧开关导通时，电容对地放电，电容上不再有vcsel导通所需电压，从而关断vscel。但是由于芯片的输出端对应的引脚、高压电源对应的引脚以及接地引脚在封装时通常靠得很近，很容易由于湿气或焊接不可靠等非理想因素导致输出端对应的引脚、高压电源对应的引脚以及接地引脚之间发生短路，导致高侧nmos开关或低侧nmos开关发生短路过流，进而影响芯片的正常功能，因此如何检测vcsel控制电路中是否存在过流现象是急需解决的技术问题。

2、现有技术中主要存在两种过流保护方案，第一种方案是利用电流采样模块结合比较器模块实现，电流采样模块中会设置片外高精度电阻，通过检测电流通路上该电阻的压降实现对芯片中的电流的实时检测，并利用比较器模块判断电流是否超出阈值，但这种方式需要增加电阻，会引入额外功率损耗，并且电流采样模块以及比较器模块本身及其外围电路都比较复杂，整个方案的实现面积大，不利于整个芯片的阵列规模化应用；另一种方案是利用与高侧nmos开关镜像的镜像mos管实现对电流的检测，并且结合误差放大器及其负反馈环路的外围电路实现对电流是否超出阈值的判断，这种方案采用的误差放大器及其外围电路的实现面积也非常大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种vcsel控制电路及其高压过流保护电路，当发生过电流时，导通的nmos开关管会使得第一pmos管的栅源电压发生变化，从而使流经第一隔离管的电流变化，即改变了第一电流源两端的电压，以使反相器翻转，达到检测的目的。整个电路结构简单，通过简单的元器件实现对流经功率开关管的电流的过流检测，降低了整个电路的面积和成本，以小面积的电路实现了过流保护的过程，便于整个电路的低成本阵列化批量应用。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种vcsel控制电路的高压过流保护电路，包括nmos开关管、第一pmos管、第一电阻、第一隔离管、第一电流源和反相器；

3、所述nmos开关管的栅极与vcsel控制电路的功率开关管的控制端连接，其源极与所述功率开关管的源极连接，其漏极分别与所述第一pmos管的源极和所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与高压电源连接；所述第一pmos管的栅极接入第一偏置电压，其漏极与所述第一隔离管的第一端连接，所述第一隔离管的控制端接入第二偏置电压，所述第一隔离管的第二端通过所述第一电流源接地，所述第一隔离管的第二端连接到所述反相器的输入端，所述反相器的输出端作为所述高压过流保护电路的输出端。

4、可选地，还包括与所述第一电阻并联连接的稳压模块。

5、可选地，所述稳压模块为二极管，所述二极管与所述第一电阻并联，二极管的阳极接高压电源，二极管的阴极接所述nmos开关管的漏极。

6、可选地，还包括第二电阻、第二pmos管、第二隔离管和第二电流源；

7、所述第二电阻的第一端与所述高压电源连接，第二端与所述第二pmos管的源极连接，所述第二pmos管的栅极与其漏极连接，并作为所述第一偏置电压；所述第二pmos管的漏极连接所述第二隔离管的第一端，所述第二隔离管的第二端通过所述第二电流源接地，所述第二隔离管的控制端接入第二偏置电压。

8、可选地，所述第二电流源的输出电流为第二电流iref1，所述过流阈值为：

9、

10、其中，ishort为所述过流阈值，hvdd为所述高压电源的电源电压，vout为所述vcsel控制电路的输出电压，ron_hs_nmos为所述功率开关管的导通电阻，iref1为预设电流，r0为所述第一电阻的阻值，且：

11、

12、其中ron_sns_ns_nmos为所述nmos开关管的导通电阻。

13、可选地，所述第一隔离管包括第一nmos管；所述第二隔离管包括第二nmos管；所述第一nmos管的宽长比和所述第二nmos管的宽长比相同，且所述第一nmos管和所述第二nmos管均为高压管。

14、可选地，所述第一pmos管的宽长比和所述第二pmos管的宽长比相同，且所述第一pmos管和所述第二pmos管均为高压管，所述第一电流源的输出电流和所述第二电流源的输出电流相等。

15、可选地，所述第一电流源和所述第二电流源各自包括一个nmos管。

16、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种vcsel控制电路，包括如前述所述vcsel控制电路的高压过流保护电路；所述功率开关管的源极与所述vcsel控制电路的输出端连接；所述功率开关管用于控制对外部电容的充电，所述外部电容连接在所述输出端和地之间。

17、可选地，还包括延时判断电路，所述延时判断电路的输入端与所述高压过流保护电路的输出端连接；

18、所述延时判断电路，用于当所述高压过流保护电路输出为高电平，且检测到所述高电平的持续时长小于预设时长时，判定所述vcsel控制电路对电容正常充电，不输出短路提示信号；

19、还用于当所述高压过流保护电路输出为高电平，且检测到所述高电平的持续时长不小于预设时长时，判定电容对地短路，输出短路提示信号。

20、本发明提供了一种vcsel控制电路的高压过流保护电路，包括nmos开关管、第一pmos管、第一电阻、第一隔离管、第一电流源和反相器，nmos开关管与vcsel控制电路的功率开关管连接，当vcsel控制电路控制的vcsel二极管存在短路现象时，流经vcsel控制电路的功率开关管的电流存在过流现象，导通的nmos开关管会使得第一pmos管的栅源电压发生变化，从而使第一隔离管的源极电压变化，以使反相器翻转，达到检测的目的。整个电路结构简单，通过简单的元器件实现对流经功率开关管的电流的过流检测，降低了整个电路的面积和成本，以小面积的电路实现了过流保护的过程，便于整个电路的低成本阵列化批量应用。

技术特征：

1.一种vcsel控制电路的高压过流保护电路，其特征在于，包括nmos开关管、第一pmos管、第一电阻、第一隔离管、第一电流源和反相器；

2.如权利要求1所述的高压过流保护电路，其特征在于，还包括与所述第一电阻并联连接的稳压模块。

3.如权利要求2所述的高压过流保护电路，其特征在于，所述稳压模块为二极管，所述二极管与所述第一电阻并联，二极管的阳极接高压电源，二极管的阴极接所述nmos开关管的漏极。

4.如权利要求1所述的高压过流保护电路，其特征在于，还包括第二电阻、第二pmos管、第二隔离管和第二电流源；

5.如权利要求4所述的高压过流保护电路，其特征在于，所述第二电流源的输出电流为第二电流iref1，所述过流阈值为：

6.如权利要求5所述的高压过流保护电路，其特征在于，所述第一隔离管包括第一nmos管；所述第二隔离管包括第二nmos管；所述第一nmos管的宽长比和所述第二nmos管的宽长比相同，且所述第一nmos管和所述第二nmos管均为高压管。

7.如权利要求5所述高压过流保护电路，其特征在于，所述第一pmos管的宽长比和所述第二pmos管的宽长比相同，且所述第一pmos管和所述第二pmos管均为高压管，所述第一电流源的输出电流和所述第二电流源的输出电流相等。

8.如权利要求5所述高压过流保护电路，其特征在于，所述第一电流源和所述第二电流源各自包括一个nmos管。

9.一种vcsel控制电路，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述vcsel控制电路的高压过流保护电路；所述功率开关管的源极与所述vcsel控制电路的输出端连接；所述功率开关管用于控制对外部电容的充电，所述外部电容连接在所述输出端和地之间。

10.如权利要求9所述高压过流保护电路，其特征在于，还包括延时判断电路，所述延时判断电路的输入端与所述高压过流保护电路的输出端连接；

技术总结
本发明公开了一种VCSEL控制电路及其高压过流保护电路，涉及过流保护领域，当VCSEL控制电路控制的VCSEL二极管存在短路现象时，流经VCSEL控制电路的功率开关管的电流存在过流现象，导通的NMOS开关管会使得第一PMOS管的栅源电压发生变化，从而使第一隔离管的源极电压变化，以使反相器翻转，达到检测的目的，此时第一电阻会起到分压作用，同时反相器的输出端会输出对应的电平信号提示电路中发生过流现象；整个电路结构简单，通过简单的元器件实现对流经功率开关管的电流的过流检测，降低了整个电路的面积和成本，以小面积的电路实现了过流保护的过程，便于整个电路的低成本阵列化批量应用。

技术研发人员：王力,左事君
受保护的技术使用者：上海灵昉科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29