激光雷达用驱动芯片、激光器驱动芯片及激光雷达的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达，尤其涉及一种激光雷达的驱动用芯片。


背景技术：

2.在自动驾驶领域中，自动驾驶车辆可以借助激光雷达（lidar）等设备来探测周围物体。激光雷达通过向周围三维空间发射激光束作为探测信号，并使激光束照射到周围空间中的物体后被反射而成为回波信号并返回，激光雷达将接收的回波信号与发射的探测信号进行比较，从而获得关于周围物体的诸如距离、速度等相关信息。
3.激光雷达为了如上所述地发射激光束，需要利用驱动电路驱动激光光源。目前通常使用的激光光源窄脉冲驱动电路均采用能量压缩原理实现。参照图1，电路工作原理如下：脉冲开关信号控制开关器件的关断与导通，当脉冲开关信号关断时，开关器件关断，外部电源向储能电容充电，储能电容两端的电压随即升高，充电完成后，储能电容两端的电压即与外部电源电压相等，储能电容将电能以电荷的形式储存于内部，当脉冲开关信号导通时，驱动器瞬间提升脉冲开关信号的驱动能力并快速开启开关器件，储能电容通过与激光器组成的回路瞬间放电，产生窄脉冲电流作用于激光器，激光器发出窄脉冲激光。
4.在现有技术中， 驱动器和开关器件由两个分立器件构成，驱动器负责将脉冲信号转化为高压大电流驱动信号，开关器件负责控制激光器的开启和关断。
5.现有技术因为驱动器和开关器件分立，第一：两个分立器件之间会产生一些寄生电感、寄生电容，会影响激光器的窄脉冲控制能力； 第二：通过分立器件搭建驱动系统，在多通道如32通道激光器驱动设计中，需要大量的分立器件，造成的驱动系统的体积和容量偏大。
6.因此，需要提供一种能够解决上述问题的驱动电路。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种有利于小型化的激光雷达用驱动芯片及具有此的激光雷达。
8.根据本实用新型的一实施例的激光雷达用驱动芯片包括移位寄存器、多个电平转换器、多个驱动器及多个功率开关管，所述移位寄存器基于接收到的信号向多个电平转换器中的一个或多个输出控制信号，所述电平转换器将接收的控制信号放大而使输出的放大信号具有更高的电压，所述驱动器基于接收到的放大信号而开启所述功率开关管。
9.并且，还可以包括：锁存器，位于所述电平转换器和所述驱动器之间，接收从所述电平转换器发出的放大信号后输出到所述驱动器。
10.并且，所述移位寄存器可以被供应第一电压，所述电平转换器、锁存器以及驱动器被供应第二电压，所述功率开关管被供应第三电压，所述第三电压的电压值大于或等于第二电压的电压值，所述第二电压的电压值大于所述第一电压的电压值。
11.并且，所述功率开关管可以为条形，多个所述功率开关管沿所述条形的宽度方向排列。
12.并且，所述移位寄存器接收的信号可以包括移位时钟信号、串行数据输入信号、复位控制信号、锁存时钟信号。
13.并且，所述移位寄存器可以具有将溢出的数据串行输出的端口。
14.并且，所述移位寄存器可以在检测的温度超过预定温度时向外输出温度检测反馈信号。
15.并且，所述功率开关管可以包括mos结构，所述移位寄存器包括cmos结构。
16.根据本实用新型的另一实施例的激光雷达包括：如上所述的激光雷达用驱动芯片；多个激光器，多个所述功率开关管的输出端分别电连接于多个所述激光器的第一电极。
17.并且，多个所述激光器的第二电极可以彼此电连接。
18.根据本实用新型的另一实施例的激光器驱动芯片包括移位寄存器、多个电平转换器、多个锁存器、多个驱动器及多个功率开关管，所述移位寄存器基于接收到的信号向多个电平转换器中的一个或多个输出控制信号，所述电平转换器将接收的控制信号放大而使输出的放大信号具有更高的电压，所述锁存器接收从所述电平转换器发出的放大信号后输出到所述驱动器，所述驱动器基于接收到的放大信号而开启所述功率开关管，所述功率开关管为条形，多个所述功率开关管沿所述条形的宽度方向排列，所述移位寄存器接收的信号包括移位时钟信号、串行数据输入信号、复位控制信号、锁存时钟信号。
19.根据本实用新型的另一实施例的激光器驱动芯片组包括多个激光器驱动芯片，激光器驱动芯片分别包括移位寄存器、多个电平转换器、多个驱动器及多个功率开关管，所述移位寄存器基于接收到的信号向多个电平转换器中的一个或多个输出控制信号，所述电平转换器将接收的控制信号放大而使输出的放大信号具有更高的电压，所述驱动器基于接收到的放大信号而开启所述功率开关管，所述移位寄存器接收的信号包括移位时钟信号、串行数据输入信号、复位控制信号、锁存时钟信号，多个激光器驱动芯片的多个移位寄存器串行接收串行数据输入信号。
20.根据本实用新型，可以通过设置一个驱动芯片而实现移位寄存器、电平转换器、锁存器、驱动器和功率开关管的单芯片集成，可以大大减小目前常用方案的面积、寄生效应，为激光雷达的小型化、高效率提供可行的方案。并且，在芯片中集成了移位寄存器而可以同时控制多路激光器发出激光。
附图说明
21.图1是示出根据现有技术的激光器的驱动电路的示意图。
22.图2是示出根据本实用新型的一实施例的多通道激光器的驱动芯片的示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行详细的描述。显然，以下公开的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
24.可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部
分。
25.图2是示出根据本实用新型的一实施例的多通道激光器的驱动芯片的示意图。在图2所示的结构中，虚线方框内的电路元件可以集成于一个驱动芯片中。
26.参照图2，根据本实用新型的一实施例的多通道激光器的驱动芯片集成有移位寄存器、多个电平转换器、多个锁存器、多个驱动器以及多个功率开关管。
27.移位寄存器可以基于接收到的信号向多个电平转换器中的一个或多个输出控制信号。具体而言，移位寄存器可以分别接收移位时钟信号clk、串行数据输入信号din、复位控制信号rst、锁存时钟信号rclk。其中，移位时钟信号clk可以向移位寄存器输入移位时钟信号；串行数据输入信号din可以使移位寄存器基于移位时钟信号clk输入数据，例如可以用于在移位时钟信号clk的边沿移位输入串行数据，边沿可以包括上升沿和/或下降沿；复位控制信号rst可以使移位寄存器中的数据清空；锁存时钟信号rclk可以使移位寄存器并行输出数据。通过如上所述的移位寄存器，可以同时向后续的电平转换器中的一个或多个输出控制信号。
28.此外，移位寄存器还可以在检测的温度超过预定温度时向外输出温度检测反馈信号。上述的预定温度可以为110℃。
29.并且，移位寄存器还可以具有将溢出的数据以串行数据的形式向外部输出的端口。数据可以以先进先出的方式从端口输出。例如，当32位移位寄存器中存有32位的数据时，若再进入一位数据，则最先进入的一位数据可以以串行数据方式向外输出。
30.上述端口可以连接于另一个驱动芯片的移位寄存器。从而，多个移位寄存器可以以串连方式接收串行数据输入信号din。并且，移位时钟信号clk、复位控制信号rst、锁存时钟信号rclk可以以并联方式输入到多个移位寄存器。从而，可以仅设置四个管脚而控制多个移位寄存器。其中，三个管脚的移位时钟信号clk、复位控制信号rst、锁存时钟信号rclk可以并行输入到多个移位寄存器，一个管脚的数据输入信号din可以以串行方式输入到多个移位寄存器。
31.进一步地，移位寄存器可以被供应低压电源，例如可以供应3.3v电源。所述移位寄存器可以采用cmos器件设计。
32.从所述移位寄存器发出的控制信号e0
‑
e31可以为低压信号，并且可以为0
‑
3v的低压信号。
33.控制信号e0
‑
e31可以分别输入到对应的电平转换器。所述电平转换器可以将从所述移位寄存器发出的控制信号转化为中压信号。例如，可以转化为0
‑
18v的中压信号。所述电平转换器可以采用公知的电压转换装置。
34.所述电平转换器的输出端可以电连接于锁存器。因此，在所述电平转换器转换成中压的信号可以经过锁存器。所述锁存器可以使在电平转换器转化的中压信号更稳定。
35.所述锁存器的输出端可以电连接于驱动器，并且从所述锁存器输出的信号可以经过驱动器。驱动器可以瞬间提升输入信号的驱动能力。例如，所述驱动器可以提高输入的脉冲信号的电压而使其大于功率开关管的开启电压。
36.其中，上述的电平转换器、锁存器及驱动器可以均被供应中压电压。例如，可以被供应18v电源。
37.所述驱动器的输出端可以电连接于功率开关管，因此从上述驱动器输出的信号可
以用于控制功率开关管。例如，所述驱动器发出的信号的长度可以决定使所述功率开关管导通（开启）的时长。
38.在结构方面，功率开关管可以为一宽长比比较大的功率mos管，具有比较小的导通电阻。现有的功率开关管为了制造成本以及满足性能条件，采用正方形的功率开关管。但是如果将多个正方形的功率开关管集成于一个驱动芯片，则由于沿横向并排布置多个正方形功率开关管所占的横向长度过大可能导致驱动芯片在横向上的长度过长；或者，若采用将功率开关管多排布置的方法，则可能导致驱动芯片内部的电路结构变得复杂。根据本实用新型的一实施例，将功率开关管形成为长方形形状，并使多个长方形功率开关管的长边彼此相邻地排列，可以防止驱动芯片在某一方向上的长度过大。并且，所述长方形的功率开关管的整体面积优选不小于长方形的功率开光管的面积。功率开关管的性能与面积有关，优选不因形成为长方形而减少功率开关管的面积。或者，所述功率开关管的形状可以不是准确的长方形形状，可以是宽度小于长度的长条形状，多个功率开关管可以沿所述长条形状的宽度方向排列。
39.进一步地，所述驱动器的输出端可以电连接于上述mos管的栅极，功率开关管的源极或漏极可以与高压电源（例如，50v）连接，功率开关管的源极和漏极中的另一个可以电连接于激光器的正极或负极。当所述功率开关管导通时，激光器可以在高压电源的作用下发光。所述驱动器发出的信号与所述高压电源确定激光器所发出的探测信号的能量。从所述功率开关管发出的信号可以直接驱动多通道激光器中的一个激光器。对于每一个激光器，可以通过控制该激光器对应的功率开关管的导通时间，来控制该激光器发出探测信号的时间。
40.上文中，对高压电压为50v且中压电压为18v的情形进行了说明，但高压电压和中压电压的大小不限于此。例如，高压电压可以为20v而中压电压为接近或等于20v的电压。因此，向各器件供应的电压可以不限于文中公开的数值。
41.如上所述，电平转换器、锁存器、驱动器及功率开关管可以依次电连接而构成单个激光器的控制电路。根据本技术的一个实施例，在激光雷达驱动用芯片可以集成有32个如上所述的控制电路。并且，移位寄存器可以根据接收的信号而控制如上所述的多个控制电路。每个所述控制电路可以与多通道激光器中的单个激光器一一对应。从而，可以通过如上所述的激光雷达用驱动芯片分别驱动多通道激光器。
42.上文中，对设置有32路激光器的情形进行了说明，但本实用新型不限于此，可以相同地适用于不同激光器数量的情形。根据本实用新型，所述电平转换器、锁存器、驱动器及功率开关管的数量可以与多路激光器中的激光器的数量相同。并且，各所述器件与各个发光器一一对应地电连接。所述移位寄存器的数量可以为1个。
43.综上所述，可以通过设置一个如上所述的激光雷达用驱动芯片而实现移位寄存器、电平转换器、锁存器、驱动器和功率开关管的单芯片集成，可以大大减小目前常用方案的面积、寄生效应，为激光雷达的小型化、高效率提供可行的方案。
44.并且，对将如上所述的将移位寄存器、多个电平转换器、多个锁存器、多个驱动器及多个功率开关管集成于一个芯片的方案进行仿真的结果，驱动激光器的电流脉冲在3.58ns内可以达到10.79a，最大电流可以达到15a，导通电阻为210毫欧。可知，通过上述的技术方案提高了驱动效率。
45.以下，对具有如上所述的驱动芯片的激光雷达进行说明。
46.如上所述的驱动芯片的输出端，即，每个功率开关管的输出端可以分别电连接于多通道激光器中的每个激光器的正极。根据本实用新型的一实施例中，在上述驱动芯片和激光器之间无需设置其他电路元件，因此可以大大简化电路结构。
47.多通道激光器的多个激光器可以并排设置。每个激光器的正极可以与驱动芯片连接，多通道激光器的负极可以彼此电连接后共同接地。
48.因此，根据本实用新型的包括驱动芯片的激光雷达可以大大减小多通道激光发射结构的大小。
49.本实用新型中，对向驱动芯片供应特定大小的电压的情形进行了说明，但本领域技术人员可知，可以根据实际情形选择不同大小的电压。
50.根据本实用新型，所述移位寄存器、多个电平转换器、多个锁存器、多个驱动器及多个功率开关管优选集成于一个芯片中。通过将上述的器件单芯片集成，可以减少电路构成之间的间隔而大大减小目前常用驱动方案的面积。并且，当各个电路构成分开设置时，需要更多的连接线，这种连接线必然增大寄生效应，通过本技术的集成于一个芯片的方案可以减少寄生效应，并且可以为激光雷达的小型化、高效率提供可行的方案。
51.以上记载的关于装置及方法的实施例仅仅是示意性的，其中所记载的分离的单元可以是或者不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者不是物理单元，即，可以位于一个位置，或者可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实用新型的技术方案。