用于脉冲激光二极管阵列的电流峰值传感器制造技术

一种用于电流峰值检测的设备和方法。该设备包括脉冲激光二极管阵列、感测电阻器、电耦合到脉冲激光二极管阵列的电容分压器(CVD)、第一电流整流器、第二电流整流器、第一电流峰值检测器、第二电流峰值检测器、可操作来将来自每个电流峰值检测器的模拟输出转换成数字输出信号的模数转换器(ADC)、以及可操作来根据数字输出信号检测感测电阻器顶端和底端的电流峰值脉冲的数字信号处理(DSP)单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于脉冲激光二极管阵列的电流峰值传感器光探测和测距(LiDAR)系统基于直接飞行时间(DTOF)，并且用于航天器导航、装配线机器人、增强现实和虚拟现实(AR/VR)、(基于无人机的)监视、高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶的汽车。为了LiDAR应用中的眼睛安全，需要对脉冲激光二极管电流进行高速检测。LiDAR传感器可以包括光学遥感模块，该光学遥感模块可以通过用光照射目标或场景、使用来自激光器的脉冲(或者调制信号)以及测量光子传播到所述目标或场景并在反射后返回到LiDAR模块中的接收器所花费的时间来测量到场景中的目标或对象的距离。反射脉冲(或调制信号)被检测，其中脉冲(或调制信号)的飞行时间和强度分别是被感测对象的距离和反射率的量度。传统的LiDAR传感器利用机械移动部件扫描激光束。在一些系统中，包括在汽车应用中使用的某些系统，例如高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统，优选使用固态传感器以获得各种潜在的优点，包括但不限于更高的传感器可靠性、更长的传感器寿命、更小的传感器尺寸、更低的传感器重量和更低的传感器成本。几十年前，用于创建雷达相控阵的射频(RF)延迟线被用于雷达信号的固态转向。二十年前，基于光子集成电路(PIC)的延迟线与探测器和RF天线阵列相结合，用于提高雷达信号的固态转向中的延迟精度。具有微米级和纳米级设备的PIC可用于制造光学相控阵(OPA)，包括可调的光学延迟线和光学天线，用于激光束的固态转向。相控阵可能是复杂的、昂贵的和/或具有与波束形成和波束转向不同的目的。本说明书描述了与LiDAR应用中的脉冲激光二极管电流的高速感测相关的技术，该技术利用激光二极管阵列和低压互补金属氧化物半导体(CMOS)设备的缩小的非常高的结电压，其可以在功率和管芯面积方面更有效地处理高速信号。一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在如下设备中，其包括脉冲激光二极管阵列；可操作以将脉冲激光电流穿到脉冲激光二极管阵列的感测电阻器；电容分压器(CVD)，其电耦合到脉冲激光二极管阵列并且包括：用于接收直流(DC)输入电压的第一输入节点，其中感测电阻器的顶端电耦合到第一输入节点；用于接收由所述脉冲激光二极管阵列产生的脉冲激光电流的第二输入节点，其中所述感测电阻器的底端电耦合到所述第二输入节点；以及第一和第二输出节点，所述第一和第二输出节点分别输出缩放的直流输出电压；电耦合到CVD的第一输出节点的第一电流整流器；电耦合到CVD的第二输出节点的第二电流整流器；电耦合到第一电流整流器的输出的第一电流峰值检测器；电耦合到第二电流整流器的输出的第二电流峰值检测器；模数转换器(ADC)，其电耦合到所述第一电流峰值检测器的输出端和所述第二电流峰值检测器的输出端，用于将来自每个电流峰值检测器的模拟输出转换为数字输出信号；以及数字信号处理(DSP)单元，其电耦合到ADC的输出端，并且可操作以根据数字输出信号检测感测电阻器的顶端和底端的电流峰值脉冲。一些实现包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，DSP单元还可操作来计算在感测电阻器顶端和底端确定的峰值电流水平之间的峰值电流差。在一些实施方式中，直流输入电压在电耦合到CVD的第一输入节点的输入开关处由激光驱动器脉冲化。在一些实施方式中，CVD可操作来缩放在脉冲激光二极管阵列与感测电阻器两端的直流输入电压之间产生的电压。在一些实施方式中，每个电流整流器可操作来从CVD接收缩放的电压，将缩放的电压转换成缩放的电流，对缩放的电流进行整流，并且在相应的电流整流器的输出端提供整流的缩放的电流用于输出。在一些实施方式中，每个电流峰值检测器可操作来从电流整流器接收经整流的缩放电流，确定经整流的缩放电流的峰值电流水平，并且在相应的电流峰值检测器的输出端处提供经整流的缩放电流的峰值电流水平用于输出。在一些实施方式中，ADC可操作来根据电压模式或电流模式执行信号调节。在一些实施方式中，CVD的第一输出节点包括用于感测电阻器顶端的缩放输出电压，CVD的第二输出节点包括用于感测电阻器底端的缩放输出电压。在一些实施方式中，数字输出信号表示由脉冲激光二极管阵列产生的光电流。一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在用于电流峰值检测的方法中，该方法包括通过脉冲激光二极管阵列产生光电流(IPD)，其中光电流在感测电阻器两端产生偏移电压，感测电阻器电耦合在脉冲激光二极管阵列与直流(DC)输入电压源之间，通过电耦合到脉冲激光二极管阵列的电容分压器(CVD)将感测电阻器两端的偏移电压转换成缩小的电压，通过电耦合到CVD的整流器电路将缩小的电压转换成缩小的电流，通过整流器电路将缩小的电流整流成整流电流信号，通过电耦合到整流器电路的电流峰值检测器电路检测整流电流信号的峰值电平，通过模数转换器(ADC)将整流电流信号转换成数字输出信号，以及通过电耦合到ADC的数字信号处理单元并且基于数字输出信号确定所述感测电阻器的顶端和底端处的峰值电流脉冲。一些实现包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，该方法还包括由DSP计算感测电阻器的顶端与底端处的确定的峰值电流水平之间的峰值电流差。在一些实施方式中，激光驱动器在电耦合到感测电阻器顶端的节点的输入开关处将直流输入电压脉冲化。在一些实施方式中，整流器电路包括电耦合到CVD的第一输出节点和电流峰值检测器电路的第一输入节点的第一电流整流器，以及电耦合到CVD的第二输出节点和电流峰值检测器电路的第一输入节点的第二电流整流器。在一些实施方式中，电流峰值检测器电路包括电耦合到第一电流整流器的输出节点和ADC的第一输入节点的第一电流峰值检测器，以及电耦合到第二电流整流器的输出节点和ADC的第一输入节点的第二电流峰值检测器。在一些实施方式中，将整流后的电流信号转换成数字输出信号，数字输出信号包括根据ADC的电压模式或电流模式执行信号调节。可以实施本说明书中描述的主题的一些实施例以实现一个或多个以下优点。通过将所公开的电路布置用作要求在高压CMOS技术中实现的LiDAR应用的集成激光二极管驱动器，可以减少与寄生电感相关的显著电压降。此外，这种技术有利于电源开关的可用性，允许高达5至10A的高峰值电流，其相应的快速上升时间为1ns或更短，下降时间为2ns，脉冲持续时间为3至20ns。这里描述的电路布置和方法能够在不损失其重要的高频信号分量的情况下缩小激光二极管阵列的非常高的结电压，并且因此能够使用在功率和管芯面积方面能够更有效地处理高速信号的可用的低压CMOS设备。许多应用需要具有高脉冲能量的紧凑、低成本、调Q二极管泵浦固体激光器(DPPS)，例如激光测距仪、激光指示器、激光击穿光谱技术和激光点火。在许多这些应用中，激光器需要在高温下工作，而在高温下典型的边缘发射激光二极管泵浦激光器的可靠性较差。高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列已被证明是二极管泵浦固体激光器的优秀泵浦源。与现有的边缘发射器技术相比，它们的主要优势包括更简单的耦合光学设备、更低的波长温度敏感度、更高的可靠性(尤其是在高温下)、低成本制造和二维平面可扩展性。VCSEL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括:/n脉冲激光二极管阵列；/n感测电阻器，所述感测电阻器能够操作以使脉冲激光电流横穿所述脉冲激光二极管阵列；/n电容分压器(CVD)，所述电容分压器电耦合到所述脉冲激光二极管阵列，并且包括:/n第一输入节点，所述第一输入节点用于接收直流(DC)输入电压，其中所述感测电阻器的顶端电耦合到所述第一输入节点；/n第二输入节点，所述第二输入节点用于接收由所述脉冲激光二极管阵列产生的脉冲激光电流，其中所述感测电阻器的底端电耦合到所述第二输入节点；和/n第一和第二输出节点，每个输出节点分别输出缩放的直流输出电压；第一电流整流器，所述第一电流整流器电耦合到所述电容分压器的第一输出节点；/n第二电流整流器，所述第二电流整流器电耦合到所述电容分压器的第二输出节点；/n第一电流峰值检测器，所述第一电流峰值检测器电耦合到所述第一电流整流器的输出端；/n第二电流峰值检测器，所述第二电流峰值检测器电耦合到所述第二电流整流器的输出端；/n模数转换器(ADC)，所述模数转换器电耦合到所述第一电流峰值检测器的输出端和所述第二电流峰值检测器的输出端，并且能够操作以将来自每个电流峰值检测器的模拟输出转换成数字输出信号；和/n数字信号处理(DSP)单元，所述数字信号处理单元电耦合到所述模数转换器的输出端，并且能够操作以根据所述数字输出信号检测所述感测电阻器顶端和底端的电流峰值脉冲。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181217 US 62/780,4461.一种设备，包括:
脉冲激光二极管阵列；
感测电阻器，所述感测电阻器能够操作以使脉冲激光电流横穿所述脉冲激光二极管阵列；
电容分压器(CVD)，所述电容分压器电耦合到所述脉冲激光二极管阵列，并且包括:
第一输入节点，所述第一输入节点用于接收直流(DC)输入电压，其中所述感测电阻器的顶端电耦合到所述第一输入节点；
第二输入节点，所述第二输入节点用于接收由所述脉冲激光二极管阵列产生的脉冲激光电流，其中所述感测电阻器的底端电耦合到所述第二输入节点；和
第一和第二输出节点，每个输出节点分别输出缩放的直流输出电压；第一电流整流器，所述第一电流整流器电耦合到所述电容分压器的第一输出节点；
第二电流整流器，所述第二电流整流器电耦合到所述电容分压器的第二输出节点；
第一电流峰值检测器，所述第一电流峰值检测器电耦合到所述第一电流整流器的输出端；
第二电流峰值检测器，所述第二电流峰值检测器电耦合到所述第二电流整流器的输出端；
模数转换器(ADC)，所述模数转换器电耦合到所述第一电流峰值检测器的输出端和所述第二电流峰值检测器的输出端，并且能够操作以将来自每个电流峰值检测器的模拟输出转换成数字输出信号；和
数字信号处理(DSP)单元，所述数字信号处理单元电耦合到所述模数转换器的输出端，并且能够操作以根据所述数字输出信号检测所述感测电阻器顶端和底端的电流峰值脉冲。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字信号处理单元单元还能够操作来计算在所述感测电阻器的顶端和底端处的所确定的峰值电流水平之间的峰值电流差。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，激光驱动器在电耦合到所述电容分压器的第一输入节点的输入开关处将所述直流输入电压脉冲化。


4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其中所述电容分压器能够操作来缩放在所述脉冲激光二极管阵列与所述感测电阻器两端的直流输入电压之间产生的电压。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中每个电流整流器能够操作用于:
从所述电容分压器接收缩放的电压；
将所述缩放的电压转换成缩放的电流；
整流所述缩放的电流；和
在相应的电流整流器的输出处提供整流的缩放的电流用于输出。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中每个电流峰值检测器能够操作用于:
从所述电流整流器接收整流的缩放的电流；
确定所述整流的缩放的电流的峰值电流水平；和
在相应的电流峰值检测器的输出处提供整流的缩放的电流的峰值电流水平用于输出。


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【专利技术属性】
技术研发人员：R阿克巴里迪尔马加尼，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT