CN114076932B - 用于激光雷达发光装置的驱动装置、方法和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光雷达发光装置的驱动装置、方法以及包含该驱动装置的激光雷达。该驱动装置包括：电压调节模块，其被配置为接收输入的脉冲电压信号并且输出中间电平，其中该电压调节模块的等效电阻可被调节以改变输出的中间电平；以及驱动模块，其接收该中间电平并且向该发光装置提供驱动电流以驱动该发光装置发光，其中该驱动电流至少部分地取决于该中间电平。本发明的方案能够实现对用于激光雷达的发光装置的驱动电流的直接控制，并且电路设计相对简单、电流传输路径短、响应速度快。

Description

用于激光雷达发光装置的驱动装置、方法和激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，更具体地，涉及一种用于激光雷达发光装置的驱动装置、驱动方法和包含该驱动装置的激光雷达。

背景技术

随着人工智能技术的快速发展，自动驾驶、人脸识别、3D拍照等应用场景逐渐成熟。激光雷达作为一种重要的立体成像感应装置，成为这些应用方向得以实施落地的基本条件。图1示出了一种示例性激光雷达100的工作原理的示意图。如图1中所示，激光雷达100例如为16线激光雷达，其可以沿着图1中的竖直方向发射L1、L2、…、L15、L16共16线激光束，每一线激光束对应着激光雷达100的一个通道，共16个通道，用于对周围环境进行探测。在探测过程中，激光雷达100可沿着其竖直轴线旋转，在旋转过程中，激光雷达100内部的发光装置(图1中未示出)根据一定的时间间隔(例如1微秒)依次通过各个通道发射激光束L1、L2、…、L15、L16并进行探测，从而完成一次垂直视场上的线扫描。之后，激光雷达100在水平视场方向上间隔一定角度(例如0.1度或0.2度)进行下一次垂直视场的线扫描。激光雷达100的接收器可以接收各个通道发射的激光束遇到障碍物之后反射回来的回波，并且通过计算激光束的往返飞行时间来探测障碍物(或障碍物上的点)的距离和方位，从而形成点云数据。在激光雷达100的整个旋转过程中进行多次探测形成障碍物的点云数据，从而感知周围环境的状况。

例如，如图1所示的16个通道的激光雷达100旋转一圈(360度)进行扫描检测，可形成一帧点云数据。激光雷达100连续地进行旋转扫描检测，就可以形成多帧点云数据。注意，图1中的激光雷达100只是用来说明激光雷达的工作原理的一个示例，这些激光束在竖直方向上并不必须均匀分布。

从激光雷达的上述工作原理可以看出，激光雷达的发光装置是整个激光雷达的重要组成部分，需要实现对不同温度、不同批次以及不同通道之间的发光能量的一致和稳定。目前激光雷达发光装置的驱动电路设计是激光雷达电路实现的一个难题。

在实际应用过程中，由于激光雷达探测目标的距离和反射率不断变化，因此要求发光装置的光强能够相应地进行快速调整，从而对于发光装置的驱动电路提出了更高的要求。

图2示出了现有技术的一种用于激光雷达发光装置的驱动电路的示意图。如图2所示，该驱动电路包括器件M0至M5，其中M0至M3为高压NMOS器件，M4至M5为高压PMOS器件。在图2所示的驱动电路中，M0至M3形成了典型的NMOS电流镜电路，M4至M5形成了典型的PMOS电流镜电路。通过控制M0至M5的器件尺寸(如宽长比)，可以很容易实现比例为1:K1:K2:K3:KN的电流比例。

如图2中所示，假设该驱动电路的输入电流源为I1，则输出电流(即发光装置D1的输入电流)的最大值为KN*I1*(K1+K2+K3)/K3，最小值为KN*I1/K3。其中电阻R2用来控制PMOS管M4和M5的栅源电压，并且S1和S1N；S2和S2N；S3和S3N是三对互斥开关。这里，互斥开关是指在同一个状态下，一个开关导通，另一个开关断开。

在如图2所示的现有技术方案中，通过控制开关S1和S1N；S2和S2N；S3和S3N的状态来调整输出电流。由于电流镜电路需要逐级进行电流转换，因此其响应速度慢，很难实现纳秒级别的电流精确控制；并且电路相对复杂，节点中寄生电容、寄生电阻等比较大，对于电路的干扰也比较大。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种去除了电流镜结构的用于激光雷达发光装置的驱动装置、驱动方法以及包含该驱动装置的激光雷达。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于激光雷达发光装置的驱动装置。该驱动装置包括：电压调节模块，其被配置为接收输入的脉冲电压信号并且输出中间电平，其中该电压调节模块的等效电阻可被调节以改变输出的中间电平；以及驱动模块，其接收该中间电平并且向该发光装置提供驱动电流以驱动该发光装置发光，其中该驱动电流至少部分地取决于该中间电平。

在一种实施例中，该电压调节模块包括并联的多个可选通部，该多个可选通部分别可对应一等效电阻，且该多个可选通部连接于同一连接点，以经由该连接点向该驱动模块输出中间电平。

在一种实施例中，该多个可选通部中的每个可选通部包括：一个可选通晶体管和一对互斥开关；该互斥开关包括一接地开关和一输入开关；该可选通晶体管的第一极经由该输入开关接收输入的脉冲电压信号并且经由该接地开关接地，第二极接地，第三极连接至该驱动模块，以向该驱动模块输出该中间电平。

在一种实施例中，该驱动模块包括驱动晶体管，该驱动晶体管的第一极与该电压调节模块相连，以接收该中间电平；该驱动晶体管的第二极与该驱动模块的电源电压相连；该驱动晶体管的第三极与该激光雷达的该发光装置相连，用于为该发光装置提供驱动电流。

在一种实施例中，该驱动晶体管的第一极与该电压调节模块的多个可选通部中的每个可选通晶体管的第三极相连。

在一种实施例中，该驱动模块还包括与该驱动晶体管并联的第一电阻和至少一个充电二极管，该充电二极管的正极与该驱动模块的电源电压相连，负极与该电压调节模块相连，以在该驱动模块关断时，为该电压调节模块输出的中间电平充电。

在一种实施例中，该驱动模块还包括与该驱动晶体管并联的至少一个反相二极管，并且该反相二极管的负极与该驱动模块的电源电压相连，该反相二极管的正极与该电压调节模块相连，以限制来自该电压调节模块的过大电流。

在一种实施例中，基于该驱动晶体管的电源电压、该驱动晶体管的固有参数、该发光装置的寄生电阻以及该中间电平确定该驱动电流的最大值。

在一种实施例中，该中间电平由该电压调节模块的等效电阻来确定，该电压调节模块的等效电阻由每个可选通晶体管的导通电阻和该电压调节模块中的可选通晶体管的导通个数来确定。

在一种实施例中，该可选通晶体管的导通电阻由该脉冲电压信号的高电位和该可选通晶体管的固有参数确定。

在一种实施例中，该可选通晶体管为NMOS管；该驱动晶体管为PMOS管。

在一种实施例中，该可选通晶体管为NPN管；该驱动晶体管为PNP管。

根据本发明的另一个方面，提供了一种激光雷达。该激光雷达包括：如上所述的驱动装置；以及该激光雷达的发光装置，该发光装置包括与该驱动晶体管的第二极相连的串联的寄生电阻、寄生电感和发光器件，并且该串联的寄生电阻和寄生电感与该发光器件的高端侧相连，该发光器件的低端侧接地。

在一种实施例中，该发光器件包括边缘发射激光器(EEL)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。

根据本发明的再一个方面，提供了一种用于驱动激光雷达发光装置的方法。该方法采用如上所述的激光雷达。该方法包括以下步骤：该电压调节模块接收输入的脉冲电压信号，并调节该电压调节模块的等效电阻以调节该中间电平；以及该驱动模块基于该中间电平为该发光装置提供驱动电流以驱动该发光装置发光，其中该驱动电流至少部分地取决于该中间电平。

在一种实施例中，该电压调节模块包括并联的多个可选通部，该多个可选通部连接于同一连接点；其中，该调节该电压调节模块的等效电阻以调节该中间电平的步骤进一步包括：从该多个可选通部中选择一个或多个可选通部，使其选通以调节该中间电平。

在一种实施例中，该驱动模块基于该中间电平为该发光装置提供驱动电流的步骤进一步包括：当该中间电平处于低电平时，该驱动晶体管导通，该驱动模块向该发光装置输出该驱动电流。

本发明的方案简化了激光雷达的发光装置的驱动装置的电路结构，电路实现更加简单，控制方式更加直接，容易实现纳秒(ns)级别的控制。

附图说明

图1示出了一种示例性激光雷达的工作原理的示意图；

图2示出了现有技术的一种用于激光雷达发光装置的驱动电路的示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的一种激光雷达的结构示意图；

图4示出了用于图3所示的激光雷达的发光装置的驱动装置的结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的驱动装置的信号波形示意图；

图6示出了图4所示的驱动装置的一种实施例的结构示意图；以及

图7示出了图4所示的驱动装置的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一些实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一些实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

本发明的发明构思在于，针对激光雷达的发光装置的驱动，取代逐级电流转换的电流镜结构，采用直接控制的方式来控制输出给发光装置的驱动电流。具体地，本发明的用于激光雷达发光装置的驱动装置可以输入脉冲电压信号，通过对驱动装置的电压调节模块的等效电阻的调节来调节驱动装置的输出电流(即发光装置的驱动电流)。

图3示出了根据本发明的实施例的一种激光雷达1的结构示意图。如图3中所示，激光雷达1包括发光装置20和用于为该发光装置20提供驱动电流Id的驱动装置10。驱动装置10接收输入的脉冲电压信号Vin和电源电压VDD1，并且输出用于驱动发光装置20的驱动电流Id。发光装置20包括串联连接的寄生电阻22、寄生电感24和发光器件26，其中寄生电阻22和寄生电感24串联连接在发光器件26的电源侧(即高端侧)，并且发光器件26的低端侧接地(GND)。由于驱动装置10的驱动电流Id从发光器件26的电源侧注入发光器件26，因此图2所示的结构也可以称为高边驱动的激光雷达发光装置。本领域技术人员可以理解，这里为了简洁起见仅仅示出了激光雷达1的发光装置及其驱动装置部分，而略去了激光雷达1的其他部分，如接收器等。

在一些实施例中，发光器件26可以是边缘发射激光器(EEL)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)等。

图4示出了用于图3所示的激光雷达1的发光装置20的驱动装置10的结构示意图。如图4中所示，驱动装置10可以包括电压调节模块12，其接收输入的脉冲电压信号Vin并且输出中间电平Vx。其中，电压调节模块12的等效电阻可被调节以改变输出的中间电平Vx。

驱动装置10还包括驱动模块14，其接收该中间信号Vx，并向发光装置20提供驱动电流Id以使发光装置20发光。其中，驱动电流Id的大小至少部分地取决于中间电平Vx的大小。因此，在整个驱动装置10的硬件组成固定的情况下，可以通过调节电压调节模块12的等效电阻来调节中间电平Vx，从而调节驱动电流Id。

图5示出了根据本发明的实施例的驱动装置的信号波形示意图。如图5中所示，假设输入电压调节模块12的脉冲电压信号Vin的高电位是第一电位，如脉冲电压信号Vin的信号发生器的电源电压VDD，低电位是第二电位，例如为0V。

在一种实施例中，脉冲电压信号Vin可以是短脉冲信号，即高电位的持续时间(图5中所示的Tpulse)远远小于低电位的持续时间。电压调节模块12的具体实施例将在下面结合图6和图7进行详细描述。

此外，驱动装置10还可以包括一个或多个电源模块(图中未示出)，以分别提供脉冲电压信号Vin的高电位VDD和驱动模块14的电源电压VDD1。在一种实施例中，脉冲电压信号Vin的高电位VDD例如为5V，并且驱动模块14的电源电压VDD1例如为30V。

图6示出了图4所示的驱动装置10的一种实施例的示意图。

在如图6所示的实施例中，电压调节模块12可以包括多个可选通部121、122、……、12n(以下将每个可选通部统称为12i，其中1≤i≤n，n是大于1的正整数)。每个可选通部12i可以具有一等效电阻，电压调节模块12的等效电阻可由每个可选通部12i的等效电阻和可选通部12i的选通个数确定，如下所述。如图6中所示，该多个可选通部121、122、……、12n连接于同一连接点，以经由该连接点向驱动模块14输出中间电平Vx。

可选通部121、122、……、12n可以分别包括一个相应的可选通晶体管PM1、PM2、……、PMn(以下统称为PMi)和一对互斥开关(S11、S12)、(S21、S22)、……、(Sn1、Sn2)，以下将互斥开关统称为Si1和Si2。其中，每对互斥开关分别包括一个输入开关Si1和一个接地开关Si2。每个可选通晶体管PMi的第一极经由相应的输入开关Si1接收输入的脉冲电压信号Vin并且经由接地开关Si2接地，该可选通晶体管PMi的第二极接地，第三极连接至驱动模块14，以向驱动模块14输出该中间电平Vx。

这里，每个可选通晶体管PMi的输入开关Si1和接地开关Si2互斥，以控制可选通晶体管PMi的选通。也就是说，当Si1导通时，Si2断开，从而选通对应的晶体管PMi，而当Si1断开时，Si2导通，从而不选通对应的晶体管PMi。

这里，以利用互斥开关来选通各个可选通晶体管PMi为例对本发明的方案进行了描述，然而本领域技术人员可以理解，各个可选通晶体管PMi还可以采用各种其他方式来选通，例如，利用多路开关控制多个可选通晶体管PMi，对多个可选通晶体管PMi施加简单组合逻辑等等。此外，本文中以多个可选通晶体管为例对电压调节模块12进行了描述，然而本领域技术人员可以理解，电压调节模块12并不局限于图中所示的特定结构，而是还可以使用各种其他的能够实现电压调节功能的结构来实现。

在一种实施例中，如图6中所示，多个可选通晶体管PM1、PM2、……、PMn的第三极相连并输出中间电平Vx，从而多个可选通晶体管PM1、PM2、……、PMn构成并联连接。

驱动模块14可以包括驱动晶体管142，其中驱动晶体管142的第一极与电压调节模块12相连，以接收中间电平Vx，驱动晶体管142的第二极与驱动模块14的电源电压VDD1相连，并且驱动晶体管142的第三极与激光雷达的发光装置20相连，用于为发光装置20提供驱动电流Id。

在一种实施例中，如图6中所示，驱动晶体管142的第一极与每个可选通晶体管PM1、PM2、……、PMn的第三极相连以接收中间电平Vx。

在如图6所示的实施例中，多个可选通晶体管PM1、PM2、……、PMn可以是NMOS管，并且说明书中所述第一极对应栅极(G)，第二极对应源极(S)，第三极对应漏极(D)。

此外，驱动晶体管142可以是PMOS管，并且说明书中所述第一极对应栅极(G)，第二极对应源极(S)，第三极对应漏极(D)。

这里，MOS管是指MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，PMOS管是指P型沟道MOS管，NMOS管是指N型沟道MOS管。

此外，在一些实施例中，驱动模块14还可以包括与驱动晶体管142并联的第一电阻144和至少一个充电二极管146。该至少一个充电二极管146的正极与驱动模块14的电源电压VDD1相连，负极与电压调节模块12相连，以在驱动模块14(如驱动晶体管142)关断时为电压调节模块12输出的中间电平Vx充电。

可选地或附加地，驱动模块14包括与驱动晶体管142并联的至少一个反相二极管148，其中反相二极管148的负极与驱动模块14的电源电压VDD1相连，反相二极管148的正极与电压调节模块12相连，以限制来自电压调节模块12的过大电流，即限制该中间电平Vx。利用该反相二极管148，中间电平Vx的电平值被限制为Vx<VDD1+Vth1，其中Vth1是反相二极管148的导通电压阈值。

利用本发明所公开的驱动装置10，通过调节电压调节模块12的等效电阻，使得输出的中间电平Vx随之改变。例如，在如图6所示的实施例中，电压调节模块12的等效电阻由每个可选通晶体管PMi的导通电阻和可选通晶体管PMi的导通个数确定。每个可选通晶体管PMi的导通电阻Rdson_1i可以表示为下面的公式(1)：

其中，W_i为可选通晶体管PMi的沟道宽度，L_i为可选通晶体管PMi的沟道长度，Vth_1i为可选通晶体管PMi的导通阈值，它们都是可选通晶体管PMi的固有参数，k为一个常数，VDD是脉冲电压信号Vin的高电位。这里，本领域技术人员可以知道，常数k是一个由硅基器件的性质决定的常数，其取决于普朗克常量。

在一种实例中，假设多个可选通晶体管PMi是相同的晶体管，则它们各自的导通电阻Rdson_1i相等。在这种情况下，电压调节模块12的等效电阻Rdson₁可以表示为如下的公式(2)：

Rdson₁＝Rdson_1i/M， (2)

其中M是多个可选通晶体管PMi的导通个数。

在多个可选通晶体管PMi是不同的晶体管的情况下，电压调节模块12的等效电阻Rdson₁可以根据各个可选通晶体管PMi的各自的等效电阻以及导通个数来计算。例如，假设晶体管PM1和PM2导通，则电压调节模块12的等效电阻可以表示为如下的公式(3)：

Rdson₁＝Rdson₁₁*Rdson₁₂/(Rdson₁₁+Rdson₁₂)， (3)

其中Rdson₁₁和Rdson₁₂分别是晶体管PM1和PM2的等效电阻，其可以根据上述公式(1)计算得到。

可以看出，电压调节模块12的等效电阻Rdson₁随着晶体管PMi的导通个数增加而减小。

中间电平Vx与驱动模块14的电源电压VDD1之间形成电流，该电流流过第一电阻144和充电二极管146，从而在第一电阻144和充电二极管146上形成电压差ΔV，此时中间电平Vx可以表示为VDD1与ΔV之差，即Vx＝VDD1-ΔV。

假设电压调节模块12的等效电阻为Rdson₁，电压调节模块12的第二极的输出电流为I，充电二极管146的电压电流特性曲线上与输出电流I对应的点的斜率(相当于充电二极管146在输出电流I时的电阻值)为K_d，则输出电流I可以表示为如下的公式(4)：

可以转换为如下的公式(5)：

因此可以看出，当晶体管PMi的导通个数增加时，电压调节模块12的等效电阻Rdson₁降低，中间电平Vx降低，因此可以通过调节晶体管PMi的导通个数来调节中间电平Vx。

中间电平Vx的变化将影响驱动晶体管142的导通阻抗，从而影响驱动晶体管142输出的驱动电流Id。具体地，驱动电流Id的最大值由驱动晶体管142的电源电压VDD1、发光装置20的寄生电阻22以及驱动晶体管142的等效电阻Rdson₂决定，例如可以表示为下面的公式(6)：

Imax＝VDD1/(R1+Rdson₂)。 (6)

驱动晶体管142的等效电阻Rdson₂又可以表示为下面的公式(7)：

其中，W₂为驱动晶体管142的沟道宽度，L₂为驱动晶体管142的沟道长度，Vth₂为驱动晶体管142的导通阈值，它们都是驱动晶体管142的固有参数，k为如上所述的常数，VDD1是驱动晶体管142的电源电压。

也就是说，驱动电流Id的最大值由驱动晶体管142的电源电压VDD1、驱动晶体管142的固有参数、发光装置20的寄生电阻22以及该中间电平Vx确定。

如图5中所示，当输入的脉冲电压信号Vin为低电位(如0V)时，可选通晶体管PMi全部关断，从而中间电平Vx为驱动模块14的电源电压VDD1，驱动晶体管142关断，驱动电流Id为0。当输入的脉冲电压信号Vin变化为高电位VDD并且多个可选通晶体管PMi中的一部分导通时，在驱动模块14的电源电压VDD1和中间电平Vx之间产生ΔV的电压差，中间电平Vx变为VDD1-ΔV，驱动电流Id达到其最大值Imax。

因此，在驱动装置10和发光装置20的硬件组成不变的情况下，可以通过调节电压调节模块12的等效电阻，例如控制可选通晶体管PMi的导通个数，来调节中间电平Vx，进而影响驱动晶体管142的等效电阻Rdson₂，以实现对于驱动电流Id的调节。

综上所述，利用根据本发明的实施例的驱动装置10，可以通过输入短脉冲电压信号Vin来得到短脉冲电流信号Id作为提供给发光装置20的驱动电流，并且，通过调整驱动装置10的电压调节模块12的等效电阻，例如通过改变可选通晶体管PMi的导通与否，能够方便地调节输出的驱动电流Id的最大值Imax，实现从电流到发光的精准控制。并且，本发明的驱动装置10去除了电流镜结构，电路实现更加简单，控制方式更加直接，甚至能够进行纳秒(ns)级别的短脉冲控制。

图7示出了图4所示的驱动装置10的另一种实施例的示意图。

在如图7所示的实施例中，电压调节模块12可以包括多个可选通部121’、122’、……、12n’(以下将每个可选通部统称为12i’，其中1≤i≤n，n是大于1的正整数)。每个可选通部12i’可以具有一等效电阻，电压调节模块12的等效电阻可由每个可选通部12i’的等效电阻和可选通部12i’的选通个数确定，如下所述。如图7中所示，该多个可选通部121’、122’、……、12n’连接于同一连接点，以经由该连接点向驱动模块14输出中间电平Vx。

可选通部121’、122’、……、12n’可以分别包括一个相应的可选通晶体管PM1’、PM2’、……、PMn’(以下统称为PMi’)和一对互斥开关(S11、S12)、(S21、S22)、……、(Sn1、Sn2)，以下将互斥开关统称为Si1和Si2。其中，每对互斥开关分别包括一个输入开关Si1和一个接地开关Si2。每个可选通晶体管PMi’的第一极经由相应的输入开关Si1接收输入的脉冲电压信号Vin并且经由接地开关Si2接地，该可选通晶体管PMi’的第二极接地，第三极连接至驱动模块14，以向驱动模块14输出该中间电平Vx。这里，与图6的实施例类似，每个可选通晶体管PMi’的接地开关Si2和输入开关Si1互斥，以控制可选通晶体管PMi’的选通，这里不再赘述。

在一种实施例中，如图7中所示，多个可选通晶体管PM1’、PM2’、……、PMn’的第三极相连并输出中间电平Vx，从而多个可选通晶体管PM1’、PM2’、……、PMn’构成并联连接。

驱动模块14可以包括驱动晶体管142’，其中驱动晶体管142’的第一极与电压调节模块12相连，以接收中间电平Vx，驱动晶体管142’的第二极与驱动模块14的电源电压VDD1相连，并且驱动晶体管142’的第三极与激光雷达的发光装置20相连，用于为发光装置20提供驱动电流Id。

在如图7所示的实施例中，可选通晶体管PMi’可以是NPN管，并且说明书中所述第一极对应基极(B)，第二极对应发射极(E)，第三极对应集电极(C)。

此外，驱动晶体管142’可以是PNP管，并且说明书中所述第一极对应基极(B)，第二极对应发射极(E)，第三极对应集电极(C)。

这里，PNP管是指PNP型晶体管，是由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管，类似的，NPN管是指NPN型晶体管，是由2块N型半导体中间夹着1块P型半导体所组成的三极管。

本领域技术人员可以理解，本发明并不局限于图6和图7所示的实施例，而是可以混合使用各种晶体管。例如，在图6所示的实施例中，可以将可选通晶体管PMi的一部分或全部实现为NPN管，和/或将驱动晶体管142实现为PNP管。或者，在图7所示的实施例中，可以将可选通晶体管PMi’的一部分或全部实现为NMOS管，和/或将驱动晶体管142’实现为PMOS管。

本发明的上述方案简化了激光雷达的发光装置的驱动装置的电路结构，减少了由于电路复杂所产生的多种寄生电阻、寄生电容等问题，并且由于无需逐级累积即可对驱动电流进行调整，实现了驱动电流的直接控制，使得调节速度更快，容易实现纳秒(ns)级的控制。

本领域技术人员可以理解，取决于不同的应用场景，根据本发明的发明构思的方案可以容易地实现为硬件电路(如FPGA或ASIC)、驱动方法或相应的驱动程序。

在利用包含根据本发明所述的驱动装置10驱动激光雷达的发光装置20时，如果激光雷达的接收器(图中未示出)接收到的回波的光强过强或过弱从而不能很好地探测到障碍物，则激光雷达的控制器(图中未示出)可以根据回波强度自动向驱动装置10发出控制信号以降低或提高发光装置20的驱动电流Id，从而降低或提高发光装置20发出的光强。

在一个实例中，驱动装置10接收到来自控制器的要求提高发光装置20的光强的控制信号，在下一脉冲电压信号Vin输入给驱动装置10之前，驱动装置10的控制器(图中未示出)根据该控制信号增加可选通晶体管PMi或PMi’的导通个数，从而降低中间电平Vx。此时，由于中间电平Vx降低，驱动模块14的导通阻抗Rdson₂降低(如上面公式(7)所示)，从而驱动电流Id的最大值Imax升高(如上面公式(6)所示)。

在另一个实例中，驱动装置10接收到来自控制器的要求降低发光装置20的光强的控制信号，在下一脉冲电压信号Vin输入给驱动装置10之前，驱动装置10的控制器(图中未示出)根据该控制信号降低可选通晶体管PMi或PMi’的导通个数，从而提高中间电平Vx。此时，由于中间电平Vx升高，驱动模块14的导通阻抗Rdson₂升高(如上面公式(7)所示)，从而驱动电流Id的最大值Imax降低(如上面公式(6)所示)。

通过这种方式，可以在激光雷达的发光装置20每次发光时(例如在上面结合图1所述的激光雷达在水平视场方向上进行下一次垂直视场的线扫描时)，利用控制信号控制可选通晶体管的导通个数，从而调整发光装置20的驱动电流Imax。

以上参照附图描述了根据本发明实施例的各个方面。应当理解，上述描述仅仅是示例性地，本发明并不局限于上面描述和附图所示的具体实现方式。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (16)

1.一种用于激光雷达发光装置的驱动装置，其中，所述驱动装置包括：

电压调节模块，其被配置为接收输入的脉冲电压信号并且输出中间电平，其中所述电压调节模块的等效电阻可被调节以改变输出的中间电平；以及

驱动模块，其接收所述中间电平并且向所述发光装置提供驱动电流以驱动所述发光装置发光，其中所述驱动电流至少部分地取决于所述中间电平；

其中，所述电压调节模块包括并联的多个可选通部，所述多个可选通部分别可对应一等效电阻，且该多个可选通部连接于同一连接点，以经由该连接点向所述驱动模块输出中间电平，

所述可选通部包括可选通晶体管，所述等效电阻基于所述可选通晶体管的导通电阻和可选通晶体管的导通数量确定。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述多个可选通部中的每个可选通部包括：

一个可选通晶体管和一对互斥开关；

所述互斥开关包括一接地开关和一输入开关；所述可选通晶体管的第一极经由所述输入开关接收输入的脉冲电压信号并且经由所述接地开关接地，第二极接地，第三极连接至所述驱动模块，以向所述驱动模块输出所述中间电平。

3.如权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述驱动模块包括驱动晶体管，所述驱动晶体管的第一极与所述电压调节模块相连，以接收所述中间电平；所述驱动晶体管的第二极与所述驱动模块的电源电压相连；所述驱动晶体管的第三极与所述激光雷达的所述发光装置相连，用于为所述发光装置提供驱动电流。

4.如权利要求3所述的驱动装置，其中，所述驱动晶体管的第一极与所述电压调节模块的多个可选通部中的每个可选通晶体管的第三极相连。

5.如权利要求3所述的驱动装置，其中，所述驱动模块还包括与所述驱动晶体管并联的第一电阻和至少一个充电二极管(146)，所述充电二极管的正极与所述驱动模块的电源电压相连，负极与所述电压调节模块相连，以在所述驱动模块关断时，为所述电压调节模块输出的中间电平充电。

6.如权利要求5所述的驱动装置，其中，所述驱动模块还包括与所述驱动晶体管并联的至少一个反相二极管(148)，并且所述反相二极管(148)的负极与所述驱动模块的电源电压相连，所述反相二极管的正极与所述电压调节模块相连，以限制来自所述电压调节模块的过大电流。

7.如权利要求3所述的驱动装置，其中，基于所述驱动晶体管的电源电压、所述驱动晶体管的固有参数、所述发光装置的寄生电阻以及所述中间电平确定所述驱动电流的最大值。

8.如权利要求7所述的驱动装置，其中，所述中间电平由所述电压调节模块的等效电阻来确定，所述电压调节模块的等效电阻由每个可选通晶体管的导通电阻和所述电压调节模块中的可选通晶体管的导通个数来确定。

9.如权利要求7所述的驱动装置，其中，所述可选通晶体管的导通电阻由所述脉冲电压信号的高电位和所述可选通晶体管的固有参数确定。

10.如权利要求3所述的驱动装置，其中所述可选通晶体管为NMOS管；所述驱动晶体管为PMOS管。

11.如权利要求3所述的驱动装置，其中所述可选通晶体管为NPN管；所述驱动晶体管为PNP管。

12.一种激光雷达，包括：

如权利要求1至11中任一项所述的驱动装置；以及

所述激光雷达的发光装置，所述发光装置包括与所述驱动晶体管的第二极相连的串联的寄生电阻、寄生电感和发光器件，并且所述串联的寄生电阻和寄生电感与所述发光器件的高端侧相连，所述发光器件的低端侧接地。

13.如权利要求12所述的激光雷达，其中，所述发光器件包括边缘发射激光器(EEL)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。

14.一种用于驱动激光雷达发光装置的方法，所述方法采用如权利要求12或13所述的激光雷达，其中，所述方法包括以下步骤：

所述电压调节模块接收输入的脉冲电压信号，并调节所述电压调节模块的等效电阻以调节所述中间电平；以及

所述驱动模块基于所述中间电平为所述发光装置提供驱动电流以驱动所述发光装置发光，其中所述驱动电流至少部分地取决于所述中间电平。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电压调节模块包括并联的多个可选通部，该多个可选通部连接于同一连接点；其中，所述调节所述电压调节模块的等效电阻以调节所述中间电平的步骤进一步包括：

从所述多个可选通部中选择一个或多个可选通部，使其选通以调节所述中间电平。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中，所述驱动模块基于所述中间电平为所述发光装置提供驱动电流的步骤进一步包括：

当所述中间电平处于低电平时，所述驱动晶体管导通，所述驱动模块向所述发光装置输出所述驱动电流。