脉冲激光二极管驱动器的制作方法

脉冲激光二极管驱动器
1.相关申请案
2.本技术要求2020年3月25日提交的美国非临时申请号62/994,470和2020年12月18日提交的美国临时申请号63/127,794的优先权，所述申请全部出于所有目的以引用的方式并入。


背景技术：

3.基于激光的测距系统(诸如激光雷达)通常使用脉冲激光二极管驱动器电路来产生短高电流脉冲，所述短高电流脉冲被传递通过激光二极管以发射对应激光脉冲。激光的反射脉冲由激光雷达系统接收并用于确定激光雷达系统与反射点之间的距离。激光雷达系统的空间分辨率部分由激光脉冲的宽度确定。因此，通常期望产生宽度为约5ns或更小的光脉冲。然而，通常必须克服脉冲激光二极管驱动器电路及激光二极管的寄生电感，以实现期望的短脉冲宽度。例如，许多激光二极管具有可贡献1nh电感的至少一根接合导线，由此限制电流脉冲的压摆率，除非存在非常高的电压。因此，一些常规脉冲激光二极管驱动器电路使用通常大于40v至100v的高源极电压，以实现期望的脉冲宽度。诸如gan场效应晶体管(fet)的开关装置通常用于常规脉冲激光二极管驱动器电路中，因为所述开关装置可承受此类高电压。然而，使用gan技术的脉冲激光二极管驱动器电路可能更昂贵，及/或可能难以与基于硅的架构整合。


技术实现要素：

4.在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器包含具有第一端子和第二端子的第一电感器。所述第一电感器的第一端子被配置为接收第一源极电压，所述第一源极电压基于dc输入电压。第一源极电容器具有直接电连接到第一电感器的第一端子以提供第一源极电压的第一端子，及电耦合到接地的第二端子。第一旁路开关具有直接电连接到第一电感器的第二端子的漏极节点及直接电连接到接地的源极节点。第一旁路电容器具有直接电连接到第一旁路开关的漏极节点的第一端子。第一激光二极管具有阳极和阴极。第一激光二极管的阳极直接电连接到第一电感器的第二端子及第一旁路开关的漏极节点。第一激光二极管开关具有直接电连接到第一激光二极管的阴极的漏极节点及直接电连接到接地的源极节点。第一激光二极管开关及第一旁路开关被配置为控制通过第一电感器的电流以产生通过第一激光二极管的高电流脉冲，所述高电流脉冲对应于在第一激光二极管的阳极处形成的谐振波形的峰值电流。
5.在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器包含具有第一端子和第二端子的电感器。所述电感器的第一端子被配置为接收源极电压。源极电容器具有直接电连接到电感器的第一端子以提供源极电压的第一电容器端子及电耦合到偏置电压节点的第二电容器端子。源极开关具有直接电连接到dc输入电压端子的第一端子及直接电连接到第一电容器端子的第二端子。当启用源极开关时，源极开关可操作以对源极电容器充电。旁路开关具有直接电连接到电感器的第二端子的漏极节点及直接电连接到偏置电压节点的源极节点。激光
二极管开关具有漏极节点，所述漏极节点直接电连接到电感器的第二端子及旁路开关的漏极节点。激光二极管具有直接电连接到激光二极管开关的源极节点的阳极及直接电连接到偏置电压节点的阴极。旁路电容器具有：i)直接电连接到电感器的第二端子的第一端子及直接电连接到偏置电压节点的第二端子，ii)直接电连接到激光二极管的阳极的第一端子及直接电连接到偏置电压节点的第二端子，iii)直接电连接到电感器的第二端子的第一端子及直接电连接到源极电容器的第二电容器端子的第二端子，或iv)直接电连接到激光二极管的阳极的第一端子及直接电连接到源极电容器的第二电容器端子的第二端子。激光二极管开关及旁路开关被配置为控制通过电感器的电流以产生通过激光二极管的高电流脉冲，所述高电流脉冲对应于在激光二极管的阳极处形成的谐振波形的峰值电流。
6.在一些实施方案中，脉冲激光驱动器包括具有第一端子和第二端子的电感器，所述第一端子被配置为接收源极电压。源极电容器具有直接电连接到电感器的第一端子以提供源极电压的第一电容器端子及电耦合到偏置电压节点的第二电容器端子。源极开关具有直接电连接到dc输入电压端子的第一端子及直接电连接到第一电容器端子的第二端子。当启用源极开关时，源极开关可操作以对源极电容器充电。旁路开关具有直接电连接到电感器的第二端子的漏极节点及直接电连接到偏置电压节点的源极节点。激光二极管具有阳极和阴极，所述阳极直接电连接到电感器的第二端子及旁路开关的漏极节点。激光二极管开关具有直接电连接到激光二极管的阴极的漏极节点及直接电连接到偏置电压节点的源极节点。旁路电容器具有：i)直接电连接到电感器的第二端子的第一端子及直接电连接到偏置电压节点的第二端子，ii)直接电连接到电感器的第二端子的第一端子及直接电连接到源极电容器的第二电容器端子的第二端子，或iii)直接电连接到激光二极管的阳极的第一端子及直接电连接到激光二极管的阴极的第二端子。激光二极管开关及旁路开关被配置为控制通过电感器的电流以产生通过激光二极管的高电流脉冲，所述高电流脉冲对应于在激光二极管的阳极处形成的谐振波形的峰值电流。
7.在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器包含多个电感器，每个电感器具有第一端子和第二端子，每个电感器的所述第一端子被配置为接收相应源极电压。脉冲激光二极管驱动器包含多个源极电容器，每个源极电容器对应于相应电感器并且具有直接电连接到所述相应电感器的第一端子以提供源极电压的第一电容器端子及电耦合到偏置电压节点的第二电容器端子。脉冲激光二极管驱动器包含多个旁路开关，每个旁路开关对应于相应电感器并且具有直接电连接到所述相应电感器的第二端子的漏极节点及直接电连接到偏置电压节点的源极节点。脉冲激光二极管驱动器包含多个激光二极管，每个激光二极管对应于相应电感器及相应旁路开关且具有阳极和阴极，所述阳极直接电连接到所述相应电感器的第二端子及所述相应旁路开关的漏极节点。激光二极管开关具有直接电连接到所述激光二极管中的每一者的阴极的漏极节点及直接电连接到偏置电压节点的源极节点。脉冲激光二极管驱动器包含多个旁路电容器，每个旁路电容器对应于相应电感器并且具有直接电连接到所述相应电感器的第二端子的第一端子及直接电连接到偏置电压节点的第二端子。激光二极管开关及多个旁路开关被配置为控制通过所述电感器中的每一者的相应电流，以产生通过所述激光二极管中的每一者的相应高电流脉冲，所述高电流脉冲中的每一者对应于在相应激光二极管的阳极处形成的谐振波形的峰值电流。
附图说明
8.图1a至图1c是根据一些实施方案的第一一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
9.图2a至图2d示出了根据一些实施方案的与图1a所示的脉冲激光二极管驱动器的操作有关的信号的简化曲线图。
10.图3是根据一些实施方案的用于图1a至图1c所示的脉冲激光二极管驱动器的操作的示例性切换序列的一部分。
11.图4a至图4d是根据一些实施方案的第二一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
12.图5a至图5d是根据一些实施方案的第三一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
13.图6a至图6d是根据一些实施方案的第四一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
14.图7a至图7e是根据一些实施方案的第五一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
15.图8a至图8b是根据一些实施方案的第六一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
16.图9a至图9b是根据一些实施方案的第七一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
17.图10a至图10b是根据一些实施方案的第八一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
18.图11至图12示出了根据一些实施方案的与图10b所示的脉冲激光二极管驱动器的操作有关的信号的简化曲线图。
19.图13a至图13i是根据一些实施方案的高重复速率脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
20.图14示出了根据一些实施方案的与图13i所示的脉冲激光二极管驱动器的操作有关的信号的简化曲线图。
21.图15示出了根据一些实施方案的第九一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
22.图16a至图16b示出了根据一些实施方案的与图15所示的脉冲激光二极管驱动器的操作有关的信号的简化曲线图。
23.图17、图18、图19及图20是根据一些实施方案的具有可调整dc输入电压的脉冲激光二极管驱动器的简化电路示意图。
24.图21a至图21b是与图17、图18、图19及图20所示的脉冲激光二极管驱动器的操作有关的信号的简化曲线图。
具体实施方式
25.根据一些实施方案，与依赖于电路的固定且通常不可避免的寄生电容及电感的常规解决方案相比，本文公开的脉冲激光二极管驱动器电路(“脉冲激光二极管驱动器”)使用
可调谐谐振电路来产生高电流(例如，40安培)超短脉冲(例如，1至5ns)以自激光二极管发射激光脉冲。所述可调谐谐振电路提供可容易调谐的参数，所述参数控制脉冲激光二极管驱动器的脉冲宽度、峰值电流、充电时间、恢复时间、衰减时间及其他可调谐参数。用于驱动本文公开的脉冲激光二极管驱动器的切换序列的实施方案可操作以在激光二极管的阳极处产生谐振波形，以产生通过激光二极管的高电流脉冲，所述谐振波形的电压水平有利地足以支持高电流脉冲，而非超过产生高电流脉冲所需的电压的电压水平。
26.因此，此类脉冲激光二极管驱动器的实施方案可有利地使用低输入电压(例如，6v、9v、15v等)来产生高电流脉冲，且由此可使用基于硅的开关，而非许多常规解决方案所使用的基于gan的开关。因此，本文公开的任何脉冲激光二极管驱动器皆可整合至单个半导体晶粒中。本文公开的脉冲激光二极管驱动器的实施方案有利地使用有意添加至脉冲激光二极管驱动器的分立电感器(例如，穿孔或表面安装部件)以产生谐振波形，而非依赖于脉冲激光二极管驱动器的(例如，激光二极管、接合导线或电路间连接的)寄生电感。因此，本文公开的激光驱动器的实施方案可容易调谐且具有可再现架构。相比之下，常规脉冲激光二极管驱动器通常使用各种技术来克服脉冲激光二极管驱动器及激光二极管本身的寄生电感的影响，且因此教导不要有意将额外的电感添加至脉冲激光二极管驱动器。与仅具有源极电容器或仅考虑脉冲激光二极管驱动器的不可调谐寄生电容的常规解决方案相比，除了此类有意添加的电感器之外，本文公开的脉冲激光二极管驱动器亦有利地包含旁路电容器，设计者可使用所述旁路电容器来容易地调谐由激光二极管发射的期望脉冲宽度。再次，常规解决方案教导不要将额外的电容添加至脉冲激光二极管驱动器。由于常规解决方案依赖于常规激光驱动器的寄生电容及电感，因此修改参数(诸如脉冲宽度)可能需要对常规解决方案进行重新设计或重新布局。通过比较，可通过简单地改变部件值来调谐本文公开的脉冲激光二极管驱动器的参数，诸如脉冲宽度。
27.照惯例在容纳在激光二极管封装中的单个整体基板上产生多通道激光二极管。照惯例，激光二极管封装的单个引脚连接到作为群组的所有激光二极管阴极(即，“共同阴极”)，而每个激光二极管阳极个别地连接到激光二极管封装的相应引脚。对每个激光二极管独立地施以脉冲照惯例需要激光二极管阳极电流路径中的开关以选择触发哪个激光二极管。然而，当启用激光二极管电流路径时，n型开关照惯例需要自举电路来对所述开关的栅极驱动进行水平移位。此类自举电路增加脉冲激光二极管驱动器设计的复杂性及成本。因此，本文公开用于使用没有任何自举电路的n型开关来有利地独立地驱动共同阴极多通道激光二极管封装的激光二极管的多通道脉冲激光二极管驱动器电路的实施方案。
28.多通道激光二极管驱动器以及本文所述的脉冲激光二极管驱动器中的每一者的重复率受下文所述的每个通道的源极电容器的充电时间的限制。本文所述的脉冲激光二极管驱动器产生通过经驱动激光二极管的窄的(例如，1至5纳秒)高电流脉冲(例如，40安培)。因此，经驱动激光二极管的瞬态功率很高(例如，大约数百瓦)。对于许多应用(例如，激光雷达)，脉冲的工作周期通常为0.01％或更小，以限制激光二极管中耗散的总功率，这导致重复率的上限。在常规脉冲激光二极管驱动器应用中，在每个周期期间使用电阻器来对源极电容器充电。在此类常规解决方案中，充电电路的rc时间常数通常不是问题，因为工作周期非常低。然而，对于需要较高激光脉冲重复率的应用，常规充电电路的rc时间常数产生不期望的限制。因此，在本文公开的任何实施方案中，给定激光二极管驱动器的每个源极电阻器
皆可有利地由主动受控源极开关代替，所述主动受控源极开关对相关联源极电容器进行快速充电。
29.典型谐振驱动器设计需要阻尼电阻器，以使振铃持续时间最小化。然而，经添加的阻尼电阻器耗散功率，这降低设计的整体功率效率。因此，在一些实施方案中，公开一种脉冲激光二极管驱动器，所述脉冲激光二极管驱动器有利地在阻尼电阻器临界地阻尼振铃的切换序列的多个部分期间将阻尼电阻器切换至谐振电路中，且在阻尼电阻器未向谐振电路提供积极好处时的切换序列的多个部分期间将阻尼电阻器切换出谐振电路，由此与整个切换序列包含阻尼电阻器的驱动器相比，增加脉冲激光二极管驱动器的整体功率效率。
30.对于一些应用，由脉冲激光二极管驱动器(诸如本文公开的所述驱动器中的任一者)传递的高电流脉冲的振幅可能需要在脉冲之间进行振幅调整。因此，在一些实施方案中，本文公开的任何脉冲激光二极管驱动器可经有利地配置以逐个脉冲地调整传递至一个或多个激光二极管的高电流脉冲的振幅。
31.图1a至图1c是根据一些实施方案的用于使用低侧开关来驱动激光二极管的第一一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器101至103的简化电路示意图。脉冲激光二极管驱动器101至103通常各自包含源极电阻器rs、源极电容器cs(即，不表示另一部件的寄生电容的物理部件)、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls(即，不表示另一部件的寄生电感的物理部件)、旁路电容器c
bp
(即，不表示另一部件的寄生电容的物理部件)、激光二极管d
l
、旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
。激光二极管开关m
dl
经配置为低侧开关。还示出了控制器120、节点110、112、激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
、旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
。
32.脉冲激光二极管驱动器101至103的拓扑相对于旁路电容器c
bp
的布置而变化。在脉冲激光二极管驱动器101至103的每个拓扑中，源极电阻器rs的第一端子被配置为直接电连接到dc输入电压v
in
。源极电容器cs的第一端子直接电连接到源极电阻器rs的第二端子，且源极电容器cs的第二端子直接电连接到阻尼电阻器r
damp
的第一端子。阻尼电阻器r
damp
的第二端子直接电连接到一偏置电压节点(诸如接地)。因此，源极电容器cs的第二端子电耦合到偏置电压节点。电感器ls的第一端子直接电连接到源极电阻器rs的第二端子及源极电容器cs的第一端子。旁路开关m
bp
的漏极节点直接电连接到电感器ls的第二端子，且旁路开关m
bp
的源极节点直接电连接到偏置电压节点。激光二极管d
l
的阳极直接电连接到电感器ls的第二端子，且激光二极管d
l
的阴极直接电连接到激光二极管开关m
dl
的漏极节点。激光二极管开关m
dl
的源极节点直接电连接到偏置电压节点。
33.旁路开关m
bp
被配置为在栅极节点处接收旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
可操作以基于旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
的电压水平来接通或关断旁路开关m
bp
。类似地，激光二极管开关m
dl
被配置为在栅极节点处接收激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
，所述激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
可操作以基于激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
的电压水平来接通或关断激光二极管开关m
dl
。在一些实施方案中，本文公开的脉冲激光二极管驱动器电路包含一个或多个自举电路或其他水平移位电路，以驱动一个或多个高侧开关。旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
中的任一者或两者皆可经实施为n型开关或p型开关。在一些实施方案中，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
经
实施为基于硅或基于碳化硅的场效应晶体管(fet)。本文中描述为具有直接电连接的端子的两个或更多个部件在两个或更多个部件的相应端子之间具有dc电流路径。例如，第一部件及第二部件未经由串联连接在第一部件与第二部件之间的电容器或电感器直接电连接。
34.如在图1a的脉冲激光二极管驱动器101的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管d
l
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如在图1b的脉冲激光二极管驱动器102的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管d
l
的阳极。旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。如在图1c的脉冲激光二极管驱动器103的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管d
l
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到激光二极管开关m
dl
的漏极端子及激光二极管d
l
的阴极。
35.在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器101至103被配置为接收dc输入电压v
in
，所述dc输入电压的电压范围为约10v至20v，其有利地低于由许多常规脉冲激光二极管驱动器使用的输入电压。电感器ls是添加到脉冲激光二极管驱动器101至103的物理部件(即，与由诸如接合导线的部件或互连件导致的寄生电感的表示相反)。类似地，旁路电容器c
bp
是添加到脉冲激光二极管驱动器101至103的物理部件(即，与寄生电容的表示相反)。使用物理电感器及电容器部件而非使用寄生电感的一个优点在于，设计者或甚至最终用户均可容易地修改电感器ls及旁路电容器c
bp
的值。相比之下，依赖于寄生电抗的常规设计可能需要重新设计及/或重新布局以改变操作参数。
36.如本文所公开，可有利地选择(“调谐”)dc输入电压v
in
、电感器ls的电感、源极电容器cs的电容、阻尼电阻器r
damp
的电阻及旁路电容器c
bp
的电容的值以实现脉冲激光二极管驱动器101至103的期望操作(例如，充电时间、脉冲宽度、脉冲电压、脉冲电流)。例如，可通过调整旁路电容器c
bp
的电容值来调谐流过激光二极管d
l
的电流i
dl
的脉冲宽度。流过激光二极管d
l
的电流i
dl
的脉冲的峰值电流水平可通过调整供应电容器cs上的源极电压vs来调谐。可调谐源极电容器cs的电容值，以调整电流脉冲的时序延迟及通过激光二极管d
l
的电流i
dl
的上限范围。阻尼电阻器r
damp
的电阻值取决于供应电容器cs的电容值，且可在值的范围内进行调谐，使得在较低电阻下，本文公开的脉冲激光二极管驱动器的较低频率谐振是阻尼不足的(例如，在约r
damp
＝0.1欧姆)或是临界阻尼的(例如，在约r
damp
＝0.4欧姆)。阻尼电阻器r
damp
可操作以防止经产生谐振波形的电流变为负，其由此可启用旁路开关m
bp
或激光二极管开关m
dl
的体二极管。虽然对于临界阻尼情况，通过激光二极管d
l
的电流i
dl
的所得最大电流水平较低，但可通过升高dc输入电压v
in
的电压水平来容易地调整电流水平。在其他实施方案中，阻尼电阻器r
damp
自设计完全移除(即，源极电容器cs的第二端子直接电连接到偏置电压节点)。在其他实施方案中，阻尼电阻器r
damp
的电阻值设定为零欧姆。
37.在一些实施方案中，dc输入电压v
in
为约15v，电感器ls的电感为约6nh，源极电容器cs的电容为约100nf，阻尼电阻器r
damp
的电阻为约0.1欧姆，且旁路电容器c
bp
的电容为约1nf。在一些实施方案中，控制器120接收在阻尼电阻器r
damp
的第一端子处的电压，以提供对通过阻尼电阻器r
damp
的电流的指示。
38.在本文公开的一些或全部实施方案中，为了产生通过激光二极管(或多个激光二
极管)d
l
的约40a高电流脉冲，dc输入电压v
in
可在10至15伏特的范围内。在一些此类实施方案中，电感器ls的电感可在5至10nh的范围内，其值确定产生所需电流的磁通延迟量。在一些此类实施方案中，电感器ls的电感被选择为比其中实施脉冲激光二极管驱动器的印刷电路板(pcb)的寄生电感大一个数量级。在一些实施方案中，阻尼电阻器rs的电阻在100至200毫欧的范围内。旁路电容器c
bp
的电容确定通过激光二极管d
l
的高电流脉冲的脉冲宽度，且在一些实施方案中，电容范围为1至5nf。在一些此类实施方案中，供应电容器cs的电容在25至100nf的范围内，其取决于通过激光二极管d
l
的所需或所期望的高电流脉冲的峰值电流。供应电容器cs越小，获得通过激光二极管d
l
的高电流脉冲的所需或期望峰值电流所需的dc输入电压v
in
就越高。在一些此类实施方案中，选择可仍然传递通过激光二极管d
l
的高电流脉冲的所需或所期望的峰值电流的供应电容器cs的最小电容值，这是因为在高电流脉冲之后的所有剩余能量被分流至接地且被浪费，由此降低脉冲激光二极管驱动器的功率效率。
39.控制器120可与本文公开的脉冲激光二极管驱动器的任何实施方案整合，或者其可为本文公开的脉冲激光二极管驱动器的任何实施方案外部的电路或模块。控制器120可操作以产生具有足以控制一个或多个激光二极管开关m
dl
及一个或多个旁路开关m
bp
的电压水平的一个或多个栅极驱动信号。另外，控制器120可操作以感测在节点110及112中的任一者处以及与如本文所述的节点110及112类似或相同的节点处或在本文公开的脉冲激光二极管驱动器的另外其他节点处的电压及/或电流。控制器120可包含一个或多个时序电路、查找表、处理器、内存或其他模块，以控制本文公开的脉冲激光二极管驱动器。关于图2a至图2d的简化曲线图201至207及图3所示的示例性切换序列300详细说明脉冲激光二极管驱动器101至103的操作。
40.图2a至图2d示出了根据一些实施方案的与图1a所示的脉冲激光二极管驱动器101的操作有关的信号的简化曲线图201至207。然而，与脉冲激光二极管驱动器101至103、401至404、501至504、601至604、701至705、801至802及901至902的操作有关的信号与简化曲线图201至207所示的所述信号类似或相同。
41.简化曲线图201示出了旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220的电压曲线图、激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl 221的电压曲线图、通过电感器l
s 222的电流i
ls
的电流曲线图、通过激光二极管d
l 223的电流i
dl
的电流曲线图，及在源极电容器cs处的源极电压v
s 224的电压曲线图，这些信号全部都在相同的持续时间内。这些信号的细节在下文进行描述。为了可读性，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl 221的电压曲线图已进行了水平移位，但实际上是低电压输入。另外，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl 221的电压曲线图假定激光二极管开关m
dl
及旁路开关m
bp
是nfet装置。然而，如果替代地使用pfet装置，则旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
221的极性反转。
42.当在旁路开关m
bp
的栅极节点处(例如，自控制器120)接收到旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220的生效水平时，启用旁路开关m
bp
(即，转变为一接通状态)。类似地，当在激光二极管开关m
dl
的栅极节点处(例如，自控制器120)接收到激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl 221的生效水平时，启用激光二极管开关m
dl
。如曲线图202中所突出显示，当启用旁路开关m
bp
时，上升的电流i
ls 222开始流过电感器ls，由此在电感器ls处建立磁通量。当电流i
ls 222已达到期望水平时(例如，如由控制器120使用经感测电流、电压、定时器电路所确
定，或如由设计约束所确定)，则在旁路开关m
bp
的栅极节点处(例如，自控制器120)接收到旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220的失效水平，由此禁用旁路开关m
bp
(即，转变为关断状态)。如曲线图203中所突出显示，当禁用旁路开关m
bp
时，已通过电感器ls积聚、无其他电流路径的电流i
ls 222经重新导向通过激光二极管d
l
，导致短(例如，1ns至5ns)高电流(例如，》30a)脉冲流过激光二极管d
l
，由此导致激光二极管d
l
发射激光脉冲。由于已将磁通量形式的能量储存在电感器ls处，因此流过激光二极管d
l
的高电流脉冲i
dl
可能比流过电感器ls的电流i
ls
大得多。可有利地选择本文公开的激光二极管驱动器的电抗部件的值以产生高电流脉冲i
dl
的期望电流振幅。
43.在自激光二极管d
l
发射之后，通过旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220的有效水平重新启用旁路开关m
bp
，且通过激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl 221的有效水平将激光二极管开关m
dl
维持在启用状态。如曲线图204中所突出显示，当储存在源极电容器cs处的源极电压v
s 224被放电时，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
两者均有利地维持在启用状态。如曲线图205中所突出显示，尽管旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
维持在启用状态，但通过激光二极管d
l
的电流i
dl 223(且重要的是，通过激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
的电流)减小为零。此后，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
两者通过旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl 221的失效水平(例如，来自控制器120)被禁用。由于激光二极管开关m
dl
在通过激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
的电流已降低至零之前未被禁用，因此在激光二极管d
l
的阳极处有利地不形成高电压尖峰，因为通过寄生电感l
dl
的电流不存在快速变化。因为有利地减轻此类高电压尖峰，故不需要将激光二极管开关m
dl
选择为承受高电压，由此与常规解决方案相比，简化设计且降低本文公开的脉冲激光二极管驱动器的成本。另外，由于减轻了此类高电压尖峰，因此本文公开的脉冲激光二极管驱动器不需要常规解决方案中通常所使用的电压缓冲电路，由此与常规解决方案相比，进一步简化设计并降低本文公开的脉冲激光二极管驱动器的成本。
44.高电流脉冲223是由脉冲激光二极管驱动器电路的电抗部件形成的谐振波形的第一且最大峰值。这些电抗部件包含源极电容器cs、电感器ls、激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
及旁路电容器c
bp
。除了上述优点之外，旁路开关m
bp
亦减小在产生高电流脉冲223之后谐振波形的后续谐振波形“振铃”。如曲线图206所示，如果在产生高电流脉冲i
dl 223’之后未使旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220’生效，则在通过电感器ls的电流i
ls 222’上、在通过激光二极管d
l
的电流i
dl 223’上及在源极电容器cs处的源极电压v
s 224’上发生振铃。如图所示，通过激光二极管d
l
的高电流脉冲223对应于在激光二极管d
l
的阳极处形成的电流i
dl 223’的谐振波形的峰值(例如，最大或局部最大振幅)电流。
45.如前所述，设计者可有利地选择或“调谐”源极电容器cs、电感器ls及旁路电容器c
bp
的值以满足本文公开的脉冲激光二极管驱动器的期望的效能准则。例如，可基于通过激光二极管d
l
的电流i
dl
的期望脉冲宽度来选择旁路电容器c
bp
的电容值。曲线图207示出了当旁路电容器c
bp
的电容等于1nf时产生的脉冲223，及当旁路电容器c
bp
的电容等于4nf时产生的脉冲223”。在期望较宽脉冲(诸如脉冲223”)的用例中，可相应地升高源极电压vs。另外，在一些实施方案中，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 220的失效部分的宽度经加宽以适应更宽脉冲。
46.图3示出了根据一些实施方案且如参考图2a至图2c所述的用于图1a至图1b所示的
脉冲激光二极管驱动器101至103的操作的示例性切换序列300的一部分。然而，切换序列300与与本文公开的脉冲激光二极管驱动器的其他实施方案的操作有关的相应切换序列类似或相同，包含但不限于脉冲激光二极管驱动器401至404、501至504、601至604、701至705、801至802及901至902。
47.在预充电步骤301处，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
关断(即，不导通)。在预充电步骤301期间，源极电容器cs通过源极电阻器rs充电。在预磁通步骤302处，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
转变为接通状态，由此允许电流i
ls
流过电感器ls以将能量以磁通量的形式储存在电感器ls处。即使在预磁通步骤302处两个开关(m
dl
、m
bp
)均处于接通状态，由于需要克服激光二极管d
l
的带隙电压来允许电流流过激光二极管d
l
，通过旁路开关m
bp
的旁路路径亦将承载所有电流i
ls
。
48.在一些实施方案中，在旁路开关m
bp
经转变为接通状态之后，激光二极管开关m
dl
经转变为接通状态。在脉冲产生步骤303处，在将激光二极管开关m
dl
维持在接通状态的同时，旁路开关m
bp
经转变为关断状态，由此产生通过激光二极管d
l
的高电流脉冲。当旁路开关m
bp
经转变为关断状态时，在激光二极管d
l
的阳极处的电压迅速升高，直至激光二极管d
l
的带隙电压被克服，且激光二极管d
l
开始传导电流为止。由于由旁路电容器c
bp
及激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
形成的谐振电路，在激光二极管d
l
的阳极形成的电压将有利地升高高达克服激光二极管d
l
的带隙电压所需的电压，且通常将高于源极电压vs。
49.在放电步骤304处，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
维持在接通状态以汲取储存在源极电容器cs处的电荷，由此降低通过寄生电感l
dl
的电流i
dl
以在激光二极管开关m
dl
经转变为关断状态时，有利地消除激光二极管d
l
的阳极处的高电压尖峰。在步骤305处，旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
经转变为关断状态，由此在步骤301处返回至预充电状态。由于在放电步骤304结束时，源极电容器cs处的源极电压vs被完全放电，因此通过激光二极管d
l
的电流很小。因此，当在步骤305处将开关m
dl
、m
bp
转变为关断状态时，有利地，几乎没有过冲，由此防止对激光二极管d
l
及开关m
dl
、m
bp
的损坏。在一些实施方案中，选择整体脉冲信号及旁路信号的时间间隔，使得在步骤305处在开关m
dl
、m
bp
经转变为关断状态之前，源极电容器cs被完全放电。
50.下文公开具有与脉冲激光二极管驱动器101至103相同或类似的优点且具有与的类似的操作的脉冲激光驱动器的其他拓扑。本文公开的示例性拓扑并非具有与脉冲激光二极管驱动器101至103相同或类似的优点以及类似的操作的可能拓扑的详尽列表。例如，熟悉此项技术者将理解，可在仍然坚持本文公开的一般操作原理的同时进行一些修改。此类修改包含布置旁路电容器c
bp
、部件值及添加提供dc电流路径的串联部件。
51.图4a至图4d是根据一些实施方案的第二一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器401至404的简化电路示意图，所述第二一般拓扑被配置为驱动共同阳极布置中的两个或更多个激光二极管。脉冲激光二极管驱动器401至404通常各自包含源极电阻器rs、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
及旁路开关m
bp
。脉冲激光二极管驱动器401至402各自包含两个或更多个激光二极管开关m
dl1
至m
dln
，而脉冲激光二极管驱动器403至404包含单个激光二极管开关m
dl1
。
52.还示出了控制器120、节点410、412、激光二极管d
l1
至d
ln
的相应寄生电感l
dl1
至l
dln
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极
管d
l1
至d
ln
的相应电流i
dl1
至i
dln
及旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
。脉冲激光二极管驱动器401至402各自利用相应激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl1
至gate
dln
，而脉冲激光二极管驱动器403至404使用单个激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl1
。脉冲激光二极管驱动器401至404的电连接与关于脉冲激光二极管驱动器101至103描述的电连接类似或相同。脉冲激光二极管驱动器401至404的拓扑相对于旁路电容器c
bp
的布置而变化。
53.如在图4a的脉冲激光二极管驱动器401及图4d的脉冲激光二极管驱动器404的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管d
l1
至d
ln
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如在图4b至图4c的脉冲激光二极管驱动器402至403的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管d
l1-d
ln
的相应阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。在一些实施方案中，dc输入电压v
in
、电感器ls的电感、源极电容器cs的电容、阻尼电阻器r
damp
的电阻及旁路电容器c
bp
的电容的值与如参考脉冲激光二极管驱动器101至103描述的所述相应值类似或相同。然而，可有利地选择dc输入电压v
in
、电感器ls的电感、源极电容器cs的电容、阻尼电阻器r
damp
的电阻及旁路电容器c
bp
的电容的值以实现脉冲激光二极管驱动器401至404的期望操作(例如，充电时间、脉冲宽度、脉冲电压、脉冲电流水平)。脉冲激光二极管驱动器401至404的操作与脉冲激光二极管驱动器101至103的操作类似或相同，如关于图2a至图2d的简化曲线图201至206以及图3所示的示例性切换序列300所详细说明。
54.在一些实施方案中，控制器120被配置为确定有多少激光二极管d
l1
至d
ln
被同时启用且根据供应所需电流量的所述确定来调整dc输入电压v
in
的电压水平(例如，使用由来自控制器120的数字控制信号控制的数字可调整电压源(如下所述))。
55.图5a至5d是根据一些实施方案的第三一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器501至504的简化电路示意图，所述第三一般拓扑被配置为使用高侧开关来驱动激光二极管。脉冲激光二极管驱动器501至504通常各自包含源极电阻器rs、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、激光二极管d
l
、旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
。激光二极管开关m
dl
经配置为高侧开关。
56.还示出了控制器120、节点510、512、激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
、旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
。脉冲激光二极管驱动器501至504的大多数电连接与关于脉冲激光二极管驱动器101至103描述的电连接类似或相同。然而，与脉冲激光二极管驱动器101至103的低侧配置相反，激光二极管开关m
dl
的漏极节点直接电连接到电感器ls的第二端子及旁路开关m
bp
的漏极节点。激光二极管开关m
dl
的源极节点直接电连接到激光二极管d
l
的阳极，且激光二极管d
l
的阴极直接电连接到偏置电压节点。脉冲激光二极管驱动器501至504的拓扑相对于旁路电容器c
bp
的布置而变化。
57.如在图5a的脉冲激光二极管驱动器501的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管开关m
dl
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如在图5b的脉冲激光二极管驱动器502的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容
器c
bp
的第一端子直接电连接到激光二极管开关m
dl
的源极节点及激光二极管d
l
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如在图5c的脉冲激光二极管驱动器503的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子、旁路开关m
bp
的漏极节点及激光二极管开关m
dl
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。如在图5d的脉冲激光二极管驱动器504的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到激光二极管开关m
dl
的源极节点及激光二极管d
l
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。
58.图6a至图6d是根据一些实施方案的第四一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器601至604的简化电路示意图，所述第四一般拓扑被配置为使用高侧开关以共同阴极配置来驱动两个或更多个激光二极管。脉冲激光二极管驱动器601至604通常各自包含源极电阻器rs、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、旁路开关m
bp
、两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
及两个或更多个相应激光二极管开关m
dl1
至m
dln
。
59.还示出了控制器120、节点610、612、614、激光二极管d
l1
至d
ln
的相应寄生电感l
dl1
至l
dln
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l1
至d
ln
的相应电流i
dl1
至i
dln
、旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
及激光二极管开关m
dl1
至m
dln
的相应激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl1
至gate
dln
。
60.脉冲激光二极管驱动器601至604的大多数电连接与关于脉冲激光二极管驱动器501至504描述的电连接类似或相同。然而，关于旁路电容器c
bp
的布置，脉冲激光二极管驱动器601至604的拓扑彼此不同。
61.如在图6a的脉冲激光二极管驱动器601的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子以及激光二极管开关m
dl1
至m
dln
及旁路开关m
bp
的相应漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如在图6b的脉冲激光二极管驱动器602的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到激光二极管开关(示出了m
dln
)中的任一者的源极节点及耦合到所述激光二极管开关(示出了d
ln
)的激光二极管的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。在一些实施方案中，使用多个旁路电容器c
bp
，所述旁路电容器中的每一者跨相应激光二极管连接。如在图6c的脉冲激光二极管驱动器603的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子以及激光二极管开关m
dl1
至m
dln
及旁路开关m
bp
的相应漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。如在图6d的脉冲激光二极管驱动器604的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到激光二极管开关(示出了m
dl1
)中的任一者的源极节点及耦合到激光二极管开关(示出了d
l1
)的激光二极管的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。在一些实施方案中，使用多个旁路电容器c
bp
，所述旁路电容器c
bp
中的每一者具有直接电连接到每个激光二极管的相应阳极的第一端子以及直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器rs的第一端子的第二端子。
62.在一些实施方案中，控制器120可操作以确定有多少激光二极管d
l1
至d
ln
被同时启用且根据供应一所需电流量的所述确定来调整dc输入电压v
in
的电压水平(例如，使用由来自控制器120的数字控制信号控制的数字可调整电压源(如下所述))。
63.图7a至图7e是根据一些实施方案的第五一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器701至705的简化电路示意图，所述第五一般拓扑被配置为使用半桥配置来驱动激光二极管。脉冲激光二极管驱动器701至704通常各自包含源极电阻器rs、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、旁路开关m
bp
、激光二极管d
l
及激光二极管开关m
dl
。脉冲激光二极管驱动器705另外包含两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
，而非单个激光二极管d
l
，所述两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
中的每一者皆具有相应寄生电感l
dl1
至l
dln
及相应电流表示i
dl1
至i
dln
。然而，脉冲激光二极管驱动器705缺乏对两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
的独立控制。
64.还示出了了控制器120、节点710、712、激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
、通过两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
的电流i
dl1
至i
dln
、旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
及激光二极管开关m
dl
的激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
。
65.脉冲激光二极管驱动器701至704的大多数电连接与关于脉冲激光二极管驱动器501至503描述的电连接类似或相同。然而，与脉冲激光二极管驱动器501至503的高侧配置相反，旁路开关m
bp
的漏极节点直接电连接到激光二极管开关m
dl
的源极节点及激光二极管d
l
的阳极。旁路开关m
bp
的源极节点直接电连接到偏置电压节点。因此，如脉冲激光二极管驱动器701至704的简化电路示意图所示，可通过旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
的半桥配置来驱动激光二极管d
l
。脉冲激光二极管驱动器701至704的拓扑相对于旁路电容器c
bp
的布置而变化。
66.如在图7a的脉冲激光二极管驱动器701的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管开关m
dl
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子电连接到偏置电压节点。如在图7b的脉冲激光二极管驱动器702的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到激光二极管开关m
dl
的源极节点、旁路开关m
bp
的漏极节点及激光二极管d
l
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如在图7c的脉冲激光二极管驱动器703的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子及激光二极管开关m
dl
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。如在图7d的脉冲激光二极管驱动器704的简化电路示意图中所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到激光二极管开关m
dl
的源极节点、旁路开关m
bp
的漏极节点及激光二极管d
l
的阳极。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。
67.如图7e的脉冲激光二极管驱动器705的简化电路示意图中所示，两个或更多个激光二极管d
l1
至d
ln
可同时由旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
的半桥配置驱动。在所示的示例中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子，且旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。然而，可使用
旁路电容器c
bp
的其他配置，诸如参考图7a至图7d描述的配置。
68.图8a至图8b是根据一些实施方案的第六一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器801至802的简化电路示意图，所述第六一般拓扑被配置为使用一高侧开关来驱动激光二极管。脉冲激光二极管驱动器801至802通常包含源极电阻器rs、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、激光二极管d
l
、旁路开关m
bp
及激光二极管开关m
dl
。还示出了控制器120、节点810、812、激光二极管d
l
的相应寄生电感l
dl
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
、旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
及激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
。脉冲激光二极管驱动器801的电连接与关于脉冲激光二极管驱动器101描述的电连接类似或相同。脉冲激光二极管驱动器801至802的不同之处在于，激光二极管开关m
dl
的漏极节点直接电连接到源极电阻器rs的第二端子及源极电容器cs的第一端子。激光二极管开关m
dl
的源极节点直接电连接到电感器ls的第一端子。激光二极管d
l
的阳极直接电连接到电感器ls的第二端子，且激光二极管d
l
的阴极直接电连接到偏置电压节点。如图所示，脉冲激光二极管驱动器801至802经有利地配置使得激光二极管开关m
dl
电连接在电感器ls与源极电容器cs之间。因此，当禁用旁路开关m
bp
以产生通过激光二极管d
l
的高电流脉冲时，激光二极管开关m
dl
的漏极节点不接收在电感器ls的第二端子处形成的高电压尖峰。
69.脉冲激光二极管驱动器801至802在旁路电容器c
bp
的布置方面不同。如图8a所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子、激光二极管d
l
的阳极及旁路开关m
bp
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如图8b所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子、激光二极管d
l
的阳极及旁路开关m
bp
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。
70.在其他实施方案中，可交换脉冲激光二极管驱动器801至802中的任一者中的电感器ls及激光二极管开关m
dl
的相应位置，使得电感器ls的第一端子直接电连接到源极电容器cs的第一端子，且激光二极管开关m
dl
的漏极端子直接电连接到电感器ls的第二端子。
71.图9a至图9b是根据一些实施方案的第七一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器901至902的简化电路示意图，所述第七一般拓扑被配置为使用仅旁路开关来驱动激光二极管。脉冲激光二极管驱动器901至902通常包含源极电阻器rs、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、激光二极管d
l
及旁路开关m
bp
。还示出了节点910、912、激光二极管d
l
的相应寄生电感l
dl
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
及旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
。脉冲激光二极管驱动器901至902的电连接与关于脉冲激光二极管驱动器101描述的电连接类似或相同。脉冲激光二极管驱动器901至902的不同之处在于消除了激光二极管开关m
dl
。激光二极管d
l
的阳极直接电连接到电感器ls的第二端子，且激光二极管d
l
的阴极直接电连接到偏置电压节点。在此类实施方案中，dc输入电压v
in
的电压水平被限制为不超过激光二极管d
l
的正向偏置电压的电压水平，由此在通过旁路开关的电流被暂时禁用时将激光二极管d
l
维持在关断状态(即，不导通)，直至在电感器ls的第二端子处形成高于正向偏置电压的电压为止。
72.脉冲激光二极管驱动器901至902在旁路电容器c
bp
的布置方面不同。如图9a所示，
在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子、激光二极管d
l
的阳极及旁路开关m
bp
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点。如图9b所示，在一些实施方案中，旁路电容器c
bp
的第一端子直接电连接到电感器ls的第二端子、激光二极管d
l
的阳极及旁路开关m
bp
的漏极节点。在此类实施方案中，旁路电容器c
bp
的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第二端子及阻尼电阻器r
damp
的第一端子。
73.本文公开的脉冲激光二极管驱动器的实施方案另外或替代地可操作以将电流脉冲提供给除激光二极管之外的装置。例如，本文公开的脉冲激光二极管驱动器的实施方案可操作以将电流脉冲提供给发光二极管(即，非激光led)。另外，本文公开的脉冲激光二极管驱动器的实施方案可操作以将电流脉冲提供给不具有激光二极管的另一电路或装置，所述电路或装置被配置为接收电流脉冲以用于除发光以外的目的。
74.在一些实施方案中，本文公开的激光二极管驱动器的两个或更多个示例被配置为驱动相应激光二极管。例如，脉冲激光二极管驱动器802的四个实例可用于驱动包含四个激光二极管的激光二极管封装。在此类实施方案中，激光二极管封装中的每个激光二极管由脉冲激光二极管驱动器802的实例驱动。
75.图10a至图10b是根据一些实施方案的第八一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器1002/1004的简化电路示意图，所述第八一般拓扑经配置用于多个激光二极管的多通道的单独控制。图10a所示的多通道脉冲激光二极管驱动器1002被配置为独立地驱动n个激光二极管，其中n是自2至128或更大的范围内的数字。多通道脉冲激光二极管驱动器1002可操作以使脉冲自多通道脉冲激光二极管驱动器1002的任何单独激光二极管单独地或与自多通道脉冲激光二极管驱动器1002的其他激光二极管发射的一个或多个其他脉冲组合地发射。多通道脉冲激光二极管驱动器1002通常包含如图所示耦合的n个源极电阻器rs1至rsn、n个源极电容器c
s1
至c
sn
、可选阻尼电阻器r
damp
、n个电感器ls1至lsn、n个旁路开关m
bp1
至m
bpn
、n个旁路电容器c
bp1
至c
bpn
、n个激光二极管d
l1
至d
ln
及激光二极管开关m
dl
。还示出了上文所讨论的控制器120、激光二极管d
l1
至d
ln
的相应寄生电感l
dl1
至l
dln
、电感器ls1至lsn的相应电流i
ls1
至i
lsn
、激光二极管d
l1
至d
ln
的相应电流i
dl1
至i
dln
及dc输入电压v
in
。在一些实施方案中，阻尼电阻器r
damp
用于电流测量目的，且可通过将源极电容器c
s1
至c
sn
中的每一者连接到接地来省略。在一些实施方案中，旁路开关m
bp1
至m
bpn
及激光二极管开关m
dl
各自是n型fet开关，且由于其相应低侧配置而有利地不需要自举电路来驱动所述开关的相应栅极。
76.源极电阻器rs1、源极电容器c
s1
、电感器ls1、旁路开关m
bp1
、旁路电容器c
bp1
及激光二极管d
l1
与多通道脉冲激光二极管驱动器1002的第一通道相关联。类似地，源极电阻器rsn、源极电容器c
sn
、电感器lsn、旁路开关m
bpn
、旁路电容器c
bpn
及激光二极管d
ln
与多通道脉冲激光二极管驱动器1002的第n个通道相关联，其中n是大于一的数字(例如，二、三、四、八、16、32、64、128等)。通过结合控制激光二极管开关m
dl
的切换时序来控制(例如，通过控制器120)旁路开关m
bp1
至m
bpn
的各个切换时序(即，接通/关断持续时间)，来有利地独立控制激光二极管d
l1
至d
ln
中的每一者。多通道脉冲激光二极管驱动器1002的每个通道的操作与参考图1a描述的脉冲激光二极管驱动器101及图3所示的切换序列300的操作类似或相同。由于旁路开关m
bp1
至m
bpn
中的每一者及激光二极管开关m
dl
经配置为低侧开关(即，每个上述开关的源极节点直接电连接到接地)，因此不需要自举电路对所述开关的栅极控制信号进行水
平移位，由此与需要自举电路的激光二极管驱动器电路相比，有利地简化设计并降低多通道脉冲激光二极管驱动器1002的成本。
77.图10b示出了四通道(即，n＝4)多通道脉冲激光二极管驱动器1004的示例性实施方案。多通道脉冲激光二极管驱动器1004可操作以独立地驱动四个激光二极管。也就是说，多通道脉冲激光二极管驱动器1004可操作以使脉冲自多通道脉冲激光二极管驱动器1004的任何单独激光二极管单独地或与自多通道脉冲激光二极管驱动器1004的其他激光二极管发射的一个或多个其他脉冲组合地发射。多通道脉冲激光二极管驱动器1004通常包含如图所示直接电连接的四个源极电阻器rs1至rs4、四个源极电容器cs1至cs4、可选阻尼电阻器r
damp
、四个电感器ls1至ls4、四个旁路开关m
bp1
至m
bp4
、四个旁路电容器c
bp1
至c
bp4
、四个激光二极管d
l1
至d
l4
及激光二极管开关m
dl
。还示出了控制器120、激光二极管d
l1
至d
l4
的相应寄生电感l
dl1
至l
dl4
、dc输入电压v
in
、节点1011至1014及节点1021至1024。在一些实施方案中，阻尼电阻器r
damp
用于电流测量目的，且可通过将源极电容器c
s1
至c
s4
中的每一者连接到接地来省略。在一些实施方案中，旁路电容器c
bp1
至c
bp4
连接到激光二极管d
l1
至d
l4
的阴极。在一些实施方案中，旁路开关m
bp1
至m
bp4
及激光二极管开关m
dl
各自为n型fet开关，且如上所述，有利地不需要自举电路来驱动所述开关的相应栅极。
78.源极电阻器rs1、源极电容器c
s1
、电感器ls1、旁路开关m
bp1
、旁路电容器c
bp1
及激光二极管d
l1
与多通道脉冲激光二极管驱动器1004的第一通道相关联；源极电阻器rs2、源极电容器c
s2
、电感器ls2、旁路开关m
bp2
、旁路电容器c
bp2
及激光二极管d
l2
与多通道脉冲激光二极管驱动器1004的第二通道相关联；源极电阻器rs3、源极电容器c
s3
、电感器ls3、旁路开关m
bp3
、旁路电容器c
bp3
及激光二极管d
l3
与多通道脉冲激光二极管驱动器1004的第三通道相关联，且源极电阻器rs4、源极电容器c
s4
、电感器ls4、旁路开关m
bp4
、旁路电容器c
bp4
及激光二极管d
l4
与多通道脉冲激光二极管驱动器1004的第四通道相关联。激光二极管开关m
dl
与多通道脉冲激光二极管驱动器1004的所述通道中的每一者相关联。
79.如上所述，多通道脉冲激光二极管驱动器1004的每个通道具有相关联源极电阻器、源极电容器、电感器、旁路开关、旁路电容器及激光二极管。通过结合控制激光二极管开关m
dl
的切换时序来控制(例如，通过控制器120)旁路开关m
bp1
至m
bp4
的各个切换时序(即，接通/关断持续时间)，来有利地独立控制激光二极管d
l1
至d
l4
中的每一者。
80.多通道脉冲激光二极管驱动器1004的每个通道的操作与参考图1a描述的脉冲激光二极管驱动器101及图3所示的切换序列300的操作类似或相同。选择多通道脉冲激光二极管驱动器1004的通道以通过关断所述通道的旁路开关(例如，通过控制器120)来进行输出，同时激光二极管开关m
dl
断开使得dc输入电压v
in
将所述通道的源极电容器充电至期望电压水平以将能量储存在所述源极电容器中(例如，图3的步骤301)。在源极电容器处达到期望电压水平之后，接通选定通道的旁路开关(例如，通过控制器120)，使得电流在所述通道的旁路开关与所述通道的源极电容器之间的所述通道的电感器中积聚(例如，图3的步骤302)。如果此后所述通道的旁路开关在短时间内关断且激光二极管开关m
dl
接通，则所述通道的电感器电流将与所述通道的激光二极管的阳极电容产生谐振，由此跨所述通道的激光二极管产生高于dc输入电压v
in
的电压，且将迫使所形成的电流流过所述通道的激光二极管(例如，图3的步骤303)以发射激光脉冲。在一些实施方案中，可执行类似于图3的步骤304的放电序列，由此随后可接通所述通道的旁路开关及激光二极管开关m
dl
两者。通过依序选择
多通道激光二极管驱动器1004的每个通道，可独立地对所述通道的激光二极管施以脉冲。取消选择多通道脉冲激光二极管驱动器1004的通道以通过经由图3所示的步骤301至305中的每一者使所述通道的旁路开关保持接通(例如，通过控制器120)进行输出，由此防止dc输入电压v
in
对所述通道的源极电容器充电。
81.图11中示出了根据一些实施方案的与多通道脉冲激光二极管驱动器1004的操作有关的信号的简化示例性波形1102。还示出了图例1101以及波形1102的感兴趣的扩展区域1104、1106、1108及1110。
82.如由图例1101所示，图11的简化波形1102包含在20μs持续时间内的激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
、第一旁路开关栅极驱动器信号gate
bp1
、第二旁路开关栅极驱动器信号gate
bp2
、第三旁路开关栅极驱动器信号gate
bp3
及第四旁路开关栅极驱动器信号gate
bp4
。参考图10b，激光二极管开关栅极驱动器信号gate
dl
可操作以控制激光二极管开关m
dl
，第一旁路开关栅极驱动器信号gate
bp1
可操作以控制旁路开关m
bp1
，第二旁路开关栅极驱动器信号gate
bp2
可操作以控制旁路开关m
bp2
，第三旁路开关栅极驱动器信号gate
bp3
可操作以控制旁路开关m
bp3
，且第四旁路开关栅极驱动器信号gate
bp4
可操作以控制旁路开关m
bp4
。
83.感兴趣的扩展区域1104、1106、1108及1110中的每一者示出了：选定通道的预磁通间隔，在所述间隔期间所述通道的电感器的电感器电流逐渐增大；极短脉冲间隔，在所述间隔期间通过所述通道的电感器的电流经引导通过所述通道的激光二极管；以及根据参考图3描述的步骤301至305的放电间隔。根据以上描述，感兴趣的区域1104示出了用于多通道激光二极管驱动器1004的第一通道(即，激光二极管d
l1
)的脉冲产生，感兴趣的区域1106示出了用于多通道激光二极管驱动器1004的第二通道(即，激光二极管d
l2
)的脉冲产生，感兴趣的区域1108示出了用于多通道激光二极管驱动器1004的第三通道(即，激光二极管d
l3
)的脉冲产生，且感兴趣的区域1110示出了多通道激光二极管驱动器1004的第四通道(即，激光二极管d
l2
)的脉冲产生。
84.图12中输出了与图10b的多通道脉冲激光二极管驱动器1004的操作有关的信号的额外简化示例性波形1202。简化示例性波形包含波形1211至1214，其示出了在节点1011至1014处的激光二极管d
l1
至d
l4
的相应阳极电压；以及波形1221至1224，其示出了在节点1021至1024处的源极电容器c
s1
至c
s4
的相应电压。还示出了波形1231至1234，其示出了何时启用多通道脉冲激光二极管驱动器1004的相应通道。
85.如图所示，当启用多通道脉冲激光二极管驱动器1004的第一通道时(由波形1231示出)，在激光二极管d
l1
的节点1011处的阳极电压1211结合在源极电容器c
s1
的节点1021处的上升电压上升。在启用激光二极管开关m
dl
且暂时禁用旁路开关m
bp1
时，电流流过激光二极管d
l1
，由此如上所述发射激光脉冲。类似地，当启用多通道脉冲激光二极管驱动器1004的第二通道时(由波形1232示出)，在激光二极管d
l2
的节点1012处的阳极电压1212结合在源极电容器c
s2
的节点1022处的上升电压上升。在启用激光二极管开关m
dl
且暂时禁用旁路开关m
bp2
时，电流流过激光二极管d
l2
，由此如上所述发射激光脉冲。多通道激光二极管驱动器1004的第三通道及第四通道的操作是类似的。
86.多通道脉冲激光二极管驱动器1004以及上述脉冲激光二极管驱动器中的每一者的重复率受到每个通道的源极电容器的充电时间的限制。上述脉冲激光二极管驱动器通过经驱动激光二极管产生窄的(例如，1至5纳秒)高电流脉冲(例如，40安培)。因此，经驱动激
光二极管的瞬态功率很高(例如，大约数百瓦)。然而，对于许多应用(例如，激光雷达)，脉冲的工作周期通常为0.01％或更小，以限制激光二极管中耗散的总功率，这导致以重复率的上限。在常规激光二极管驱动器应用中，在每个周期期间使用电阻器以对电荷储存(即，源极)电容器充电。在此类常规解决方案中，此类充电电路的rc时间常数通常不是问题，因为工作周期非常低。然而，对于需要高激光脉冲重复率的应用，常规充电电路的rc时间常数产生不期望的限制。在本文公开的任何实施方案中，给定脉冲激光二极管驱动器的每个源极电阻器皆可有利地由主动受控源极开关代替，所述主动受控源极开关对相关联源极电容器进行迅速充电。源极开关的激活与给定脉冲激光二极管驱动器的一个或多个旁路开关及一个或多个激光二极管开关的切换同步，使得在激光二极管脉冲产生间隔之前启用源极开关。图13a至图13i提供先前描述的激光二极管驱动器的示例，其中相应源极电阻器rs已由主动受控源极开关ms代替，以对相应源极电容器cs进行快速充电。在一些实施方案中，主动受控源极开关经实施为有利地不需要自举电路的p型开关。图13a至图13i所示的相应主动受控源极开关ms仅在预充电步骤期间(即，如参考图3所述的步骤301期间)且因此在预磁通步骤之前(即，如参考图3所述的步骤302之前)被启动。
87.图13a示出了脉冲激光二极管驱动器1301的第一示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1301具有以上参考图1a的脉冲激光二极管驱动器101描述的所有部件、信号及节点。除了图1a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13a中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图1b的脉冲激光二极管驱动器102的相应源极电阻器rs及图1c的脉冲激光二极管驱动器103类似地由相应主动受控源极开关代替，以对激光二极管驱动器102/103的相应源极电容器cs进行快速充电。
88.图13b示出了脉冲激光二极管驱动器1302的第二示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1302具有以上参考图4a的脉冲激光二极管驱动器401描述的所有部件、信号及节点。除了图4a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13b中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图4b的脉冲激光二极管驱动器402的相应源极电阻器rs、图4c的脉冲激光二极管驱动器403及图4d的脉冲激光二极管驱动器404类似地由相应主动受控源极开关代替，以对激光二极管驱动器402/403/404的相应源极电容器cs进行快速充电。
89.图13c示出了脉冲激光二极管驱动器1303的第三示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1303具有以上参考图5a的脉冲激光二极管驱动器501描述的所有部件、信号及节点。除了图5a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13c中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图5b的脉冲激光二极管驱动器502的相应源极电阻器rs、图5c的脉冲激光二极管驱动器503及图5d的脉冲激光二极管驱动器504类似地由相应主动受控源极开关代替，以对激光二极管驱动器502/503/504的相应源极电容器cs进行快速充电。
90.图13d示出了脉冲激光二极管驱动器1304的第四示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1304具有以上参考图6a的脉冲激光二极管驱动器601描述的所有部件、信号
及节点。除了图6a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13d中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图6b的脉冲激光二极管驱动器602的相应源极电阻器rs、图6c的脉冲激光二极管驱动器603及图6d的脉冲激光二极管驱动器604类似地由相应主动受控源极开关代替，以对激光二极管驱动器602/603/604的相应源极电容器cs进行快速充电。
91.图13e示出了脉冲激光二极管驱动器1305的第五示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1305具有以上参考图7a的脉冲激光二极管驱动器701描述的所有部件、信号及节点。除了图7a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13e中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图7b的脉冲激光二极管驱动器702的相应源极电阻器rs、图7c的脉冲激光二极管驱动器703、图7d的脉冲激光二极管驱动器704及图7e的脉冲激光二极管驱动器705类似地由相应主动受控源极开关代替，以对激光二极管驱动器702/703/704/705的相应源极电容器cs进行快速充电。
92.图13f示出了脉冲激光二极管驱动器1306的第六示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1306具有以上参考图8a的脉冲激光二极管驱动器801描述的所有部件、信号及节点。除了图8a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13f中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图8b的脉冲激光二极管驱动器802的源极电阻器rs类似地由相应主动受控源极开关代替，以对脉冲激光二极管驱动器802的源极电容器cs进行快速充电。
93.图13g示出了脉冲激光二极管驱动器1307的第七示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1307具有以上参考图9a的脉冲激光二极管驱动器901描述的所有部件、信号及节点。除了图9a的源极电阻器rs之外，所述源极电阻器在图13g中已有利地由主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gates)源极开关ms代替以对源极电容器cs进行快速充电。在其他示例性实施方案中(未示出)，图9b的激光二极管驱动器902的源极电阻器rs类似地由相应主动受控源极开关代替，以对激光二极管驱动器902的源极电容器cs进行快速充电。
94.图13h示出了脉冲激光二极管驱动器1308的第八示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1308具有以上参考图10a的多通道脉冲激光二极管驱动器1002描述的所有部件、信号及节点。除了图10a的源极电阻器r
s1
至r
sn
之外，所述源极电阻器在图13h中已有利地由相应主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gate
s1
至gate
sn
)源极开关m
s1
至m
sn
代替以对源极电容器c
s1
至c
sn
进行快速充电。
95.图13i示出了脉冲激光二极管驱动器1309的第九示例性实施方案，所述脉冲激光二极管驱动器1309具有以上参考图10b的多通道脉冲激光二极管驱动器1004描述的所有部件、信号及节点。除了图10b的源极电阻器r
s1
至r
s4
之外，所述源极电阻器在图13i中已有利地由相应主动受控(例如，通过控制器120使用栅极控制信号gate
s1
至gate
s4
)源极开关m
s1
至m
s4
代替以对源极电容器c
s1
至c
s4
进行快速充电。
96.图14中示出了根据一些实施方案的与图13i的多通道脉冲激光二极管驱动器1309
的操作有关的信号的简化示例性波形1402。简化示例性波形1402包含波形1421至1424，波形1421至1424示出了分别在图13i的节点1021至1024处跨源极电容器c
s1
至c
s4
的相应电压。还示出了波形1431至1434，波形1431至1434示出了何时启用多通道脉冲激光二极管驱动器1309的相应通道、频率信号1441及高电流脉冲1451至1455。如图所示，多通道脉冲激光二极管驱动器1309可操作以发射高电流脉冲1451至1455以驱动相应激光二极管d
l1
至d
l4
，每10μs发射脉冲。图13a至图13i所示的示例仅是被配置为有利地使用源极开关(即，ms)来对源极电容器(即，cs)进行快速充电的脉冲激光二极管驱动器电路的选择示例。在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器101至103、401至404、501至504、601至604、701至705、801至802、901至902、1002至1004中的任一者被配置为使用源极开关(即，ms)取代源极电阻器(即，rs)以对源极电容器(即，cs)进行快速充电。
97.图15示出了根据一些实施方案的第九一般拓扑的脉冲激光二极管驱动器1501的简化电路示意图。脉冲激光二极管驱动器1501通常包含源极开关ms、源极电容器cs、阻尼电阻器r
damp
、电感器ls、旁路电容器c
bp
、激光二极管d
l
、旁路开关m
bp
及磁通开关m
flux
。磁通开关m
flux
经配置为低侧开关。还示出了控制器120、节点110、激光二极管d
l
的寄生电感l
dl
、dc输入电压v
in
、源极电容器cs处的源极电压vs、通过电感器ls的电流i
ls
、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
、旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
及磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
。
98.如图15所示，源极开关ms的第一端子直接电连接到dc输入电压v
in
。在其他实施方案中(未示出)，源极开关ms可用源极电阻器rs代替。源极开关ms的第二端子直接电连接到源极电容器cs的第一端子。源极电容器cs的第二端子直接电连接到偏置电压节点(诸如接地)。源极开关ms的第二端子直接电连接到激光二极管d
l
的阳极、阻尼电阻器r
damp
的第一端子、旁路电容器c
bp
的第一端子及电感器ls的第一端子。阻尼电阻器r
damp
的第二端子直接电连接到磁通开关m
flux
的第一端子，且磁通开关m
flux
的第二端子直接电连接到偏置电压节点(诸如接地)。激光二极管d
l
的阴极直接电连接到旁路电容器c
bp
的第二端子、电感器ls的第二端子及旁路开关m
bp
的第一端子。旁路开关m
bp
的第二端子直接电连接到偏置电压节点(诸如接地)。
99.旁路开关m
bp
被配置为在栅极节点处接收旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
(例如，自控制器120)，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
可操作以基于旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
的电压水平来接通或关断旁路开关m
bp
。源极开关ms被配置为在栅极节点处接收源极开关栅极驱动器信号gates(例如，自控制器120)，源极开关栅极驱动器信号gates可操作以基于源极开关栅极驱动器信号gates的电压水平接通或关断源极开关ms。类似地，磁通开关m
flux
被配置为在栅极节点处接收磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
(例如，自控制器120)，磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
可操作以基于磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
的电压水平接通或关断磁通开关m
flux
。旁路开关m
bp
、源极开关ms及/或磁通开关m
flux
中的任一者或全部可经实施为n型开关或p型开关。在一些实施方案中，旁路开关m
bp
、源极开关ms及/或磁通开关m
flux
经实施为基于硅或基于碳化硅的场效应晶体管(fet)。
100.在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器1501被配置为接收dc输入电压v
in
，所述dc输入电压的电压范围为约10v至20v，其有利地低于由许多常规脉冲激光二极管驱动器使用的输入电压。电感器ls是添加到脉冲激光二极管驱动器1501的物理部件(即，与由诸如接合导线的部件或互连件导致的寄生电感的表示相反)。类似地，旁路电容器c
bp
是添加到脉冲激光二极管驱动器1501的物理部件(即，与寄生电容的表示相反)。使用物理电感器及电
容器部件而非使用寄生电感及电容的一个优点在于，设计者或甚至最终用户均可容易地修改电感器ls及旁路电容器c
bp
的值。相比之下，依赖于寄生电抗的常规设计可能需要重新设计及/或重新布局以改变操作参数。
101.如本文所公开，可有利地选择(“调谐”)dc输入电压v
in
、电感器ls的电感、源极电容器cs的电容、阻尼电阻器r
damp
的电阻及旁路电容器c
bp
的电容的值以实现脉冲激光二极管驱动器1501的期望操作(例如，充电时间、脉冲宽度、脉冲电压、脉冲电流)。例如，可通过调整旁路电容器c
bp
的电容值来调谐流过激光二极管d
l
的电流i
dl
的脉冲宽度。流过激光二极管d
l
的电流i
dl
的脉冲的峰值电流水平可通过调整供应电容器cs上的源极电压vs来调谐。可调谐源极电容器cs的电容值，以调整高电流脉冲的时序延迟及通过激光二极管d
l
的电流i
dl
的上限范围。阻尼电阻器r
damp
的电阻值取决于供应电容器cs的电容值，且可在值的范围内进行调谐，使得在较低电阻下，本文公开的脉冲激光二极管驱动器的较低频率谐振是阻尼不足的(例如，在约r
damp
＝0.1欧姆)或是临界阻尼的(例如，在约r
damp
＝0.4欧姆)。阻尼电阻器r
damp
可操作以防止经产生谐振波形的电流变为负，其由此可启用旁路开关m
bp
或磁通开关m
flux
的体二极管。虽然对于临界阻尼情况，通过激光二极管d
l
的电流i
dl
的所得最大电流水平较低，但可通过升高dc输入电压v
in
的电压水平来容易地调整电流水平。
102.在一些实施方案中，dc输入电压v
in
为约15v，电感器ls的电感为约6nh，源极电容器cs的电容为约100nf，阻尼电阻器r
damp
的电阻为约0.1欧姆，且旁路电容器c
bp
的电容为约1nf。在一些实施方案中，控制器120接收在阻尼电阻器r
damp
的第一端子处的电压，以提供对通过阻尼电阻器r
damp
的电流的指示。
103.典型谐振驱动器设计通常需要阻尼电阻器，以使振铃持续时间最小化。然而，与没有阻尼电阻器的谐振驱动器相比，经添加阻尼电阻器r
damp
耗散功率，这可能降低设计的整体功率效率。因此，在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器1501有利地允许电流在其中阻尼电阻器r
damp
临界地阻尼振铃的切换序列(例如，切换序列300)的多个部分期间流过阻尼电阻器r
damp
，且防止电流在不需要阻尼电阻器r
damp
来阻尼振铃时的切换序列的多个部分期间流过阻尼电阻器r
damp
。脉冲激光二极管驱动器1501通过启用磁通开关m
flux
而允许电流通过阻尼电阻器r
damp
且通过禁用磁通开关m
flux
而防止电流通过阻尼电阻器r
damp
。与允许电流在整个切换序列中流过阻尼电阻器的脉冲激光二极管驱动器电路相比，对通过阻尼电阻器r
damp
的电流的此类动态控制有利地增加脉冲激光二极管驱动器1501的整体功率效率。
104.在操作期间，源极电容器cs通过旁路开关m
bp
通过电感器ls放电。此配置提供通过激光二极管l
dl
的最大峰值电流，但需要串联阻尼电阻r
damp
来防止波形长时间振铃。直至振铃停止且电压及电流为零，旁路开关m
bp
才可关断。不幸的是，只要电流通过阻尼电阻器r
damp
，阻尼电阻器r
damp
就会耗散功率。因此，脉冲激光二极管驱动器1501通过在切换序列(例如，图3的切换序列300)的初始预充电步骤(例如，图3的步骤301)、预磁通步骤(例如，图3的步骤302)及脉冲产生步骤(例如，图3的步骤303)期间防止电流流过阻尼电阻器r
damp
而有利地提供最佳功率效率。然而，在已产生高电流脉冲之后(例如，在图3的步骤303处)，磁通开关m
flux
允许电流流过阻尼电阻器r
damp
以通过临界地阻尼脉冲激光二极管驱动器1501的rlc网络来移除剩余振铃。
105.在切换序列(例如，图3的切换序列300)的预充电步骤(例如，图3的步骤301)、预磁通步骤(例如，图3的步骤302)及脉冲产生步骤(例如，图3的步骤303)期间禁用磁通开关mflux
，由此产生无阻尼的lc网络。然而，在脉冲产生之后，启用磁通开关m
flux
，且阻尼电阻器r
damp
创建并联rlc网络以临界地阻尼振铃，且由此提供脉冲激光二极管驱动器1501的最大功率效率及快速恢复以开始下一次切换序列。
106.例如，图16a至图16b示出了根据一些实施方案的与图15所示的脉冲激光二极管驱动器1501的操作有关的信号的简化曲线图1620a-b、1621a-b、1622a-b、1623a-b、1624a-b及1625a-b。特定来说，图16a示出了当阻尼电阻器(即，阻尼电阻器r
damp
)不足以阻尼脉冲激光二极管驱动器1501的振铃时的脉冲激光二极管驱动器1501的操作。相比之下，图16b示出了当阻尼电阻器(即，阻尼电阻器r
damp
)用于临界地阻尼脉冲激光二极管驱动器1501的振铃时的脉冲激光二极管驱动器1501的操作。
107.参考图16a至图16b，简化曲线图示出了旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
的电压曲线图1620a-b、磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
的电压曲线图1621a-b、通过电感器ls的电流i
ls
的电流曲线图1622a-b、通过激光二极管d
l
的电流i
dl
的电流曲线图1623a-b、在源极电容器cs处的源极电压vs的电压曲线图1624a-b及用于建立曲线图比例的电压及电流源极的电压及电流曲线图1625a-b，这些信号全部在相同持续时间内。这些信号的细节在下文进行描述。为了可读性，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
的电压曲线图1620a-b及磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
的电压曲线图1621a-b已进行了水平移位，但实际上是低电压输入。另外，旁路开关栅极驱动器信号gate
bp
的电压曲线图1620a-b及磁通开关栅极驱动器信号gate
flux
的电压曲线图1621a-b假定磁通开关m
flux
及旁路开关m
bp
是nfet装置。然而，如果替代地使用pfet装置，则旁路开关栅极驱动器信号gate
bp 1620a-b及磁通开关栅极驱动器信号gate
flux 1621a-b的极性反转。
108.在图16a所示的示例中，参考图15，脉冲激光二极管驱动器1501的阻尼电阻器r
damp
使用10欧姆的电阻值，其中ls＝6nh，且c
bp
＝1nf，且l
dl
为约1nh。如所预期，波形1622a及1624a的阻尼非常不足，如长时间振荡(即，“振铃”)所示。如此项技术中已知，对于并联rlc电路，阻尼系数d被表示为：
[0109][0110]
因此，如果期望临界阻尼波形，则可通过将方程式1中的阻尼系数d设定为值d＝1及使用上述值为r求解方程式1来确定阻尼电阻器r
damp
的最佳电阻r值。在图16b所示的示例中，脉冲激光二极管驱动器1501的阻尼电阻器r
damp
使用电阻值0.175欧姆。如所期望，波形1622b及1624b由此被临界地阻尼，如不存在长时间振荡(即，“振铃”)所示。
[0111]
在一些实施方案中，可通过使用具有接通电阻rdson的弱开关来消除阻尼电阻器r
damp
，所述接通电阻约为使用方程式1确定的期望电阻值。在此类实施方案中，如果期望调整电阻值，则可使用经分段fet以由此允许修改接通电阻rdson以匹配所需的阻尼电阻。
[0112]
另外，虽然最初看起来将源极电容器cs与激光二极管d
l
串联布置会升高所需的阳极电压以对激光二极管d
l
施以脉冲，但源极电容器cs的电压及电流为彼此90度异相。如波形1624a-b所示，由于通过激光二极管d
l
的电流脉冲(即，1623a-b)有利地与峰值电流振幅一致，因此在源极电容器cs处的电压当时由于90度相移而为零。在一些实施方案中，高电流脉冲的开始可通过感测源极电容器cs处的源极电压vs何时为零来确定，在该点处应开始使高
电流脉冲通过激光二极管d
l
。
[0113]
对于一些应用，由谐振电路(诸如本文公开的所述谐振电路中的任一者)传递的高电流脉冲的振幅可能需要在脉冲之间进行振幅调整。因此，在一些实施方案中，本文公开的任何脉冲激光二极管驱动器可有利地操作以逐个脉冲地配置传递至一个或多个激光二极管的高电流脉冲的振幅。
[0114]
如图17、图18、图19及图20所示，dc输入电压v
in
有利地由可调整电压供应器(即，数模转换器(dac))提供。在一些实施方案中，使用控制器120来设定可调整电压供应器的输出电压水平。例如，图17示出了与图1a所示的脉冲激光二极管驱动器101相同的脉冲激光二极管驱动器电路1701，除了由dac 1730产生dc输入电压v
in
之外。图18示出了与图13a所示的脉冲激光二极管驱动器1301相同的脉冲激光二极管驱动器电路1801，除了由dac 1830产生dc输入电压v
in
之外。图19示出了与图13h所示的脉冲激光二极管驱动器1308相同的脉冲激光二极管驱动器电路1901，除了由dac 1930产生dc输入电压v
in
之外。图20示出了与图15所示的脉冲激光二极管驱动器1501相同的脉冲激光二极管驱动器电路2001，除了由dac2030产生dc输入电压v
in
之外。图17、图18、图19及图20所示的示例仅是被配置为自可调整电压源极(例如，如此项技术中已知的dac或不同的可调整电压源极)接收dc输入电压的脉冲激光二极管驱动器电路的选择示例。在一些实施方案中，脉冲激光二极管驱动器101至103、401至404、501至504、601至604、701至705、801至802、901至902、1002至1004、1301至1309及/或1501中的任一者被配置为自诸如dac的可调整电压源极接收dc输入电压v
in
。
[0115]
由于此类实施方案的有利低输入电压要求，使用可调整电压供应器(诸如dac)来将dc输入电压v
in
提供给本文公开的脉冲激光二极管驱动器电路是可能的。在一些实施方案中，可调整电压供应器被计时使得可调整电压供应器仅在时钟周期的第一部分(例如，正向部分)期间对本文所述的源极电容器cs充电。因此，可有利地在通过激光二极管的连续高电流脉冲之间改变传递至本文公开的激光二极管的高电流脉冲的dc输入电压v
in
及电流振幅的值。
[0116]
图21a至图21b示出了根据一些实施方案的与图17、图18、图19及图20所示的脉冲激光二极管驱动器的操作有关的信号的简化曲线图2102a-b、2104a-b、2106a-b。
[0117]
图21a包含高电流脉冲2102a(即，通过激光二极管d
l
)、在源极电容器cs处的源极电压v
s 2106a及提供dc输入电压v
in
的可变输入电压供应器(例如，dac)的线性变化的供应电压2106a的示例。如图所示，高电流脉冲2102a的电流振幅有利地在脉冲之间变化。
[0118]
图21b包含高电流脉冲2102b(即，通过激光二极管d
l
)、在源极电容器cs处的源极电压v
s 2106b，及提供dc输入电压v
in
的可变输入电压供应源(例如，dac)的步进供应电压的示例。如图所示，高电流脉冲2102b的电流振幅有利地在脉冲之间变化。虽然可变输入电压供应器的输出电压转变快，但在源极电容器cs处的源极电压水平vs的变化2106b受到源极电容器cs的时间常数及输入开关(例如，上文所述的源极开关ms)或输入电阻器(例如，上文所述的源极电阻器rs)的接通电阻的限制。
[0119]
已详细参考本发明的各实施方案，其一个或多个示例已在随附图式中进行示出。已通过说明本技术而不作为本技术的限制的方式提供每个示例。实际上，尽管已关于本发明的特定实施方案详细地描述本说明书，但应理解，熟悉此项技术者在理解前述内容之后，可容易地想到对这些实施方案的替代、其变型及等效物。例如，作为一个实施方案的一部分
示出或描述的特征可与另一实施方案一起使用以产生又一实施方案。因此，希望本主题涵盖所附权利要求及其等效物的范围内的所有此类修改及变型。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域一般技术人员可对本发明进行这些及其他修改以及变型，本发明的范围在所附权利要求中更具体地阐述。此外，本领域一般技术人员应理解，前述描述仅是示例性的，且不旨在限制本发明。