用于激光测距的激光管驱动电路.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020139359.8 (22)申请日 2020.01.21 (73)专利权人 深圳市镭米科技有限公司 地址 518000 广东省深圳市光明区光明街 道东周社区双明大道315号易方大厦 1701 (72)发明人 唐之初许凯 (74)专利代理机构 广州容大知识产权代理事务 所(普通合伙) 44326 代理人 潘素云 (51)Int.Cl. G01S 17/08(2006.01) G01S 7/48(2006.01) H03K 19/0175(2006.01) H01S 5/0。

2、42(2006.01) (54)实用新型名称 一种用于激光测距的激光管驱动电路 (57)摘要 本实用新型公开了一种用于激光测距的激 光管驱动电路， 包括升压电路、 激光二极管D1、 驱 动电路以及采样电阻R1； 升压电路分别连接电源 +VCC、 激光二极管D1的正极， 驱动电路分别连接 激光二极管D1的负极、 高频信号输入端、 PWM/DAC 输入端、 ADC采样端、 采样电阻R1的一端， 采样电 阻R1的另一端接地。 本实用新型采用高频三极管 做为驱动管， 无内置PD的激光二极管做为负载接 入驱动管集电极， 将低频率的PWM波形和用于距 离测量的高频信号同时耦合到驱动管基极， 驱动 管在控制。

3、激光功率的同时也将高频信号进一步 放大并进行电流调制， 由于高频信号被放大， 调 制深度也得到加强， 更利于光信号接收电路得到 较高幅值的反射光信号， 提升测量距离和测量精 度。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 211826519 U 2020.10.30 CN 211826519 U 1.一种用于激光测距的激光管驱动电路， 其特征在于， 包括升压电路、 激光二极管D1、 驱动电路以及采样电阻R1； 升压电路分别连接电源+VCC、 激光二极管D1的正极， 驱动电路分别连接激光二极管D1 的负极、 高频信号输入端、 PWM/DAC输入端、 ADC采样端、 采样电阻R1的一端， 采样电。

4、阻R1的另 一端接地。 2.根据权利要求1所述的用于激光测距的激光管驱动电路， 其特征在于， 所述升压电路 包括芯片U1， 芯片U1的脚CE连接电阻R7的一端， 电阻R7的另一端连接电源+VCC， 芯片U1的脚 VOUT分别连接电阻R4的一端、 电容C4的一端、 电阻R5的一端， 电容C4的另一端接地， 电阻R4 的另一端分别连接激光二极管D1的正极、 电容C2的一端， 电容C2的另一端接地， 芯片U1的脚 VIN分别连接电感L1的一端、 电源+VCC、 电容C3的一端， 电容C3的另一端接地， 电感L1的另一 端连接芯片U1的脚LX， 芯片U1的脚GND接地， 芯片U1的脚VFB分别连接电阻。

5、R5的另一端、 电阻 R6的一端， 电阻R6的另一端接地。 3.根据权利要求1所述的用于激光测距的激光管驱动电路， 其特征在于， 所述驱动电路 包括驱动三极管Q1， 驱动三极管Q1的集电极连接激光二极管D1的负极， 驱动三极管Q1的基 极分别连接电容C1的一端、 电阻R2的一端， 电容C1的另一端连接高频信号输入端， 电阻R2的 另一端连接PWM/DAC输入端， 驱动三极管Q1发射极分别连接采样电阻R1的一端、 电阻R3的一 端， 电阻R3的另一端连接ADC采样端。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211826519 U 2 一种用于激光测距的激光管驱动电路 技术领域 0001 本实用新型涉。

6、及相位式激光测距技术领域， 具体涉及一种用于激光测距的激光管 驱动电路。 背景技术 0002 目前市面上可见激光测距设备大多以波长635-650nm红色激光为主， 而波长500- 530nm绿光半导体激光二极管早期因为价格昂贵， 出于成本考虑很少被用于激光测距设备， 但随着制造工艺和材料改进， 目前500-530nm半导体激光二极管价格已逐渐下降， 开始被激 光测距行业所采用， 绿色激光其优点是光斑点明亮， 比红光更清晰可见， 特别适合户外使 用。 0003 因为半导体激光二极管LD是温度敏感型器件， 环境温度变化会导致光功率发生变 化， 对于激光测距设备， 通常采用内部同时封装LD和PD的激。

7、光管,PD是光敏器件， 专门用来 监测LD光功率的变化， PD输出反馈电压外接电压负反馈放大和驱动电路控制激光管工作电 流， 从而使光功率保持恒定， 提高测量精度及稳定性。 而对于一些对激光功率要求不高的设 备， 如激光指示笔， 水平和十字放线设备等， 出于成本考虑则采用内部无PD的激光管。 0004 鉴于目前激光测距行业全部都采用内置PD的500-530nm绿光半导体激光管,当前 市面上内置PD的5-20mW绿光激光管参考单价在30元人民币左右， 而没有内置PD的绿光激光 管比内置PD的绿光激光管单价要低三分之一。 因此如果将没有内置PD的绿光激光管用于激 光测距设备， 可以大幅降低产品成本。

8、， 具有明显的经济效益， 特别是用于只使用一个激光管 (无内置PD)的单光路激光测距方案(又称单发方案)， 相对于使用了两个激光管(内置PD)的 双光路激光测距方案(又称双发方案)， 成本优势则更加明显。 但采用无内置PD的绿光激光 管用于测距设备， 存在技术瓶颈需要突破， 要从技术上解决环境温度对激光功率的影响， 保 证稳定的激光功率输出。 实用新型内容 0005 有鉴于此， 为了解决现有技术中的上述问题， 本实用新型提出一种用于激光测距 的激光管驱动电路。 0006 本实用新型通过以下技术手段解决上述问题： 0007 一种用于激光测距的激光管驱动电路， 包括升压电路、 激光二极管D1、 驱。

9、动电路以 及采样电阻R1； 0008 升压电路分别连接电源+VCC、 激光二极管D1的正极， 驱动电路分别连接激光二极 管D1的负极、 高频信号输入端、 PWM/DAC输入端、 ADC采样端、 采样电阻R1的一端， 采样电阻R1 的另一端接地。 0009 进一步地， 所述升压电路包括芯片U1， 芯片U1的脚CE连接电阻R7的一端， 电阻R7的 另一端连接电源+VCC， 芯片U1的脚VOUT分别连接电阻R4的一端、 电容C4的一端、 电阻R5的一 端， 电容C4的另一端接地， 电阻R4的另一端分别连接激光二极管D1的正极、 电容C2的一端， 说明书 1/4 页 3 CN 211826519 U 。

10、3 电容C2的另一端接地， 芯片U1的脚VIN分别连接电感L1的一端、 电源+VCC、 电容C3的一端， 电 容C3的另一端接地， 电感L1的另一端连接芯片U1的脚LX， 芯片U1的脚GND接地， 芯片U1的脚 VFB分别连接电阻R5的另一端、 电阻R6的一端， 电阻R6的另一端接地。 0010 进一步地， 所述驱动电路包括驱动三极管Q1， 驱动三极管Q1的集电极连接激光二 极管D1的负极， 驱动三极管Q1的基极分别连接电容C1的一端、 电阻R2的一端， 电容C1的另一 端连接高频信号输入端， 电阻R2的另一端连接PWM/DAC输入端， 驱动三极管Q1发射极分别连 接采样电阻R1的一端、 电阻。

11、R3的一端， 电阻R3的另一端连接ADC采样端。 0011 与现有技术相比， 本实用新型的有益效果至少包括： 0012 本实用新型针对无内置PD绿光激光管受环境温度影响光功率的特点， 创造性地采 用精密电阻检测激光管工作电流的变化， 转换成电压信号给ADC电路采样， 再由单片机输出 可变频率和占空比的PWM波形或DAC电压到驱动管， 从而精确控制激光管工作电流， 达到保 持稳定的光功率输出， 改善温度影响提高测量精度。 0013 本实用新型采用高频三极管做为驱动管， 无内置PD的激光二极管做为负载接入驱 动管集电极， 将低频率的PWM波形和用于距离测量的高频信号同时耦合到驱动管基极， 驱动 管。

12、在控制激光功率的同时也将高频信号进一步放大并进行电流调制， 由于高频信号被放 大， 调制深度也得到加强， 更有利于光信号接收电路得到较高幅值的反射光信号， 提升测量 距离和测量精度。 因此本发明虽然电路简单但设计巧妙， 一管多用， 只使用一只驱动管即完 成了激光管的光功率恒定控制， 高频信号放大， 激光电流调制三个功能。 附图说明 0014 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案， 下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实 施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图 获得其他的。

13、附图。 0015 图1是本实用新型用于激光测距的激光管驱动电路的示意图； 0016 图2是现有技术中引用的典型内置PD激光管APC恒功率电路图； 0017 图3是本实用新型用于激光测距的激光管驱动电路的原理图。 具体实施方式 0018 为使本实用新型的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面将结合附图和 具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。 需要指出的是， 所描述的实施例仅 仅是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的实施例， 基于本实用新型中的实施例， 本领域 普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本实用新型 保护的范围。 0019 实施例 0。

14、020 如图1所示， 本实用新型提供一种用于激光测距的激光管驱动电路， 包括升压电 路、 激光二极管D1、 驱动电路以及采样电阻R1； 0021 升压电路分别连接电源+VCC、 激光二极管D1的正极， 驱动电路分别连接激光二极 管D1的负极、 高频信号输入端、 PWM/DAC输入端、 ADC采样端、 采样电阻R1的一端， 采样电阻R1 说明书 2/4 页 4 CN 211826519 U 4 的另一端接地。 0022 本实用新型针对无内置PD绿光激光管受环境温度影响光功率的特点， 创造性地采 用精密电阻检测激光管工作电流的变化， 转换成电压信号给ADC电路采样， 再由单片机输出 可变频率和占空。

15、比的PWM波形或DAC电压到驱动管， 从而精确控制激光管工作电流， 达到输 出功率稳定的激光信号， 改善温度影响提高测量精度， 如图1所示。 0023 如图1所示， 由于绿光激光二极管工作电压较高(约6.5V)， 因此需要采用DC-DC升 压电路给激光二极管供电， 激光管作为负载接入驱动电路， 用于测量距离的高频信号输入 到驱动电路进行调制， 用于控制光功率的PWM波形/DAC电压也输入到驱动电路， 当环境温度 变化导致光功率发生变化， 流经采样电阻R1的电流也发生变化， 转换成电压信号送入ADC采 样电路， 由单片机处理调整PWM频率或占空比(或输出DAC电压)， 控制改变驱动管工作电流 的。

16、大小， 从而达到输出稳定光功率目的。 高频信号输入到驱动管调制， 信号同时也得到放 大， 加强了调制深度。 0024 针对当前在相位激光测距方案中广泛采用的直接调制激光方法， 如图2典型的APC 自动功率控制电路， 仅作为引用对比。 由反馈电压放大管和驱动管组成APC控制电路， 两级 三极管都为低频小功率三极管， 用于距离测量的高频信号通过电容耦合到激光管上直接调 制激光管的电流， 产生调制光信号。 为了提高调制深度， 也可以额外增加一个高频三极管专 门将测距高频信号放大后再耦合到激光管上进行调制， 但这样电路会变得复杂， 元器件数 量比较多， 成本也会增加。 0025 图2是仅作为对比而引用。

17、的典型内置PD激光管APC恒功率电路图， 用于测距的高频 信号(RF_IN)经电容C1直接耦合到激光管D1进行调制， 光功率控制基于电压负反馈原理， 当 温度发生变化导致光功率改变时， 内置PD输出的反馈电压也相应发生变化， 反馈电压经Q1 放大后接到Q2驱动管基极， 从而调整驱动管工作电流， 使光功率保持相对稳定， 这种恒功率 电路虽然简单， 但要求激光管必须内置PD。 0026 如图3所示， 所述升压电路包括芯片U1， 芯片U1的脚CE连接电阻R7的一端， 电阻R7 的另一端连接电源+VCC， 芯片U1的脚VOUT分别连接电阻R4的一端、 电容C4的一端、 电阻R5的 一端， 电容C4的另。

18、一端接地， 电阻R4的另一端分别连接激光二极管D1的正极、 电容C2的一 端， 电容C2的另一端接地， 芯片U1的脚VIN分别连接电感L1的一端、 电源+VCC、 电容C3的一 端， 电容C3的另一端接地， 电感L1的另一端连接芯片U1的脚LX， 芯片U1的脚GND接地， 芯片U1 的脚VFB分别连接电阻R5的另一端、 电阻R6的一端， 电阻R6的另一端接地。 0027 所述驱动电路包括驱动三极管Q1， 驱动三极管Q1的集电极连接激光二极管D1的负 极， 驱动三极管Q1的基极分别连接电容C1的一端、 电阻R2的一端， 电容C1的另一端连接高频 信号输入端， 电阻R2的另一端连接PWM/DAC输。

19、入端， 驱动三极管Q1发射极分别连接采样电阻 R1的一端、 电阻R3的一端， 电阻R3的另一端连接ADC采样端。 0028 本实用新型创造性地采用高频三极管做为驱动管， 如图3。 无内置PD的激光二极管 做为负载接入驱动管集电极， 将低频率的PWM波形和用于距离测量的高频信号同时耦合到 驱动管基极， 驱动管在控制激光功率的同时也将高频信号进一步放大并进行电流调制， 由 于高频信号被放大， 调制深度也得到加强， 更利于光信号接收电路得到较高幅值的反射光 信号， 提升测量距离和测量精度。 因此本发明虽然电路简单但设计巧妙， 一管多用， 只使用 一只驱动管即完成了激光管的光功率恒定控制， 高频信号放。

20、大， 激光电流调制三个功能。 说明书 3/4 页 5 CN 211826519 U 5 0029 图3为本实用新型采用的无内置PD的激光管驱动具体实施电路图， U1组成升压电 路给绿光激光管供电， 驱动管Q1采用高频三极管， 激光管D1接驱动管集电极， R1为采样电 阻 ,R2接入PWM波形或DAC电压， C1为耦合电容。 具体工作原理， 用于距离测量的高频信号 (RF_IN)通过电容C1耦合到驱动管基极， PWM波形/DAC电压(MCU_PWM/DAC_IN)经电阻R2也输 入到驱动管基极， 因为PWM是几十到几百KHz的低频信号， 而高频测距信号频率一般高于 100MHz， 所以两种信号同。

21、时输入到驱动管基极不会产生干扰， 并可以同时工作， 因此高频信 号输入到驱动管基极被进一步放大并加强了调制深度。 当环境温度发生变化时， 通过检测 驱动管发射极电阻R1的电压变化值， 通过电阻R3输入到ADC电路采样(TO_MCU_ADC_IN)， 由 单片机处理后输出控制信号到驱动管基极， 控制信号为频率和占空比可变的PWM波形(也可 以为DAC输出电压)， 从而改变激光管电流大小， 进而精确控制光功率保持稳定。 因为采用了 ADC采样及PWM/DAC输出电压控制技术， 本发明的新型激光管驱动电路， 经实测激光功率控 制效果优于采用内置PD的激光管驱动电路。 本发明驱动方法也同样适用可见红光。

22、激光测 距。 0030 本实用新型将无内置PD的绿光激光管成功应用到激光测距设备上， 目前激光测距 行业都是采用内置PD的绿光激光管实现测距的， 内置PD激光管内部包含了LD和PD两个芯 片， LD用来产生激光， PD是光敏器件放置在LD旁边， 用来监测LD的激光功率， 输出反馈电压 信号给外部APC自动功率控制电路。 0031 本实用新型是基于上述无内置PD的激光管， 因为没有PD输出反馈电压， 所以采用 了检测LD驱动管发射极电阻对GND的电压(即激光管工作电流)， 从而得到反馈电压， 当环境 温度变化使激光管电流发生变化， 反馈电压也发生变化， 经ADC采样后由单片机输出PWM信 号调整。

23、激光管电流(等于调整激光功率)。 0032 本实用新型将驱动管改用高频三极管， 常规的驱动电路都是采样(用)低频三极 管， 本实用新型则使用高频三极管作为驱动管， 同时也可以将高频信号进一步放大加强调 制深度， 即常规调制激光做法是将高频信号直接耦合到激光管LD进行调制， 本实用新型则 是将高频信号输入到驱动管基极进一步放大， LD接入驱动管集电极进行信号调制。 0033 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。 应当指出的是， 对于本领域的普通 技术人员来说， 在不脱离本实用新型构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属 于本实用新型的保护范围。 因此， 本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。 说明书 4/4 页 6 CN 211826519 U 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 211826519 U 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 211826519 U 8 。