激光测距控制器及激光测距设备的制作方法

1.本发明涉及激光测距技术领域，尤其是涉及一种激光测距控制器及激光测距设备。


背景技术：

2.近年来，直接时间飞行(direct time of flight，dtof)技术已经越来越被广泛地应用于无人驾驶、激光雷达及机器视觉等领域，被认为是未来最精准并且可靠有效的测距手段之一。dtof技术的原理为：激光脉冲从激光发射器发出，经过物体反射后到达激光接收器，记录激光脉冲往返的飞行时间并以此来进行精确测距。
3.目前dtof技术常用的激光测距控制器一般包括用于向激光发射器的驱动模块发送脉冲控制信号的控制模块，控制模块通过向片外设置的驱动模块发送脉冲控制信号来使得驱动模块向激光发射器输出驱动信号，激光发射器以外供高压的方式来实现供电并根据驱动信号来进行激光发射工作。本发明人经过研究发现：由于现有的激光测距控制器不能集成有激光发射器的驱动模块和激光发射器的供电模块，而是需要分别单独制作激光测距控制器、激光发射器的驱动模块和供电模块，因此激光测距的硬件成本较高。所以，亟需能够将激光发射器的驱动功能和供电功能以可靠的方式集成到激光测距控制器的技术，以降低激光测距的硬件成本。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种激光测距控制器及激光测距设备，其能够将激光发射器的驱动功能和供电功能以可靠的方式集成到激光测距控制器，并降低激光测距的硬件成本。
5.为了实现上述目的，本发明一实施例提供了一种激光测距控制器，其包括驱动模块和用于向所述驱动模块发送脉冲控制信号的控制模块；所述驱动模块包括：
6.时钟信号产生电路，其用于在所述控制模块的使能控制下输出时钟信号；
7.电荷泵电路，其输入端用于与一低电平电压连接，其控制端与所述时钟信号产生电路的输出端连接，其用于利用所述时钟信号进行充电以将所述低电平电压提升至激光发射器所需的高电平电压，其输出端用于与所述激光发射器的阳极连接；
8.脉冲信号产生电路，其输入端与所述控制模块的脉冲控制信号输出端连接，其用于根据所述脉冲控制信号输出对应脉冲宽度的脉冲信号；
9.驱动电路，其输入端与所述脉冲信号产生电路的输出端连接，其用于根据所述脉冲信号形成所述激光发射器的驱动电压，其输出端用于与所述激光发射器的阴极连接；及，
10.静电泄放电路，其连接于所述电荷泵电路的输出端、所述驱动电路的输出端与地三者之间，其用于形成静电泄放回路。
11.作为上述方案的改进，所述时钟信号产生电路包括环形振荡器和第一电平移位电路；
12.所述环形振荡器用于在所述控制模块的使能控制下输出第一电压的时钟信号；
13.所述第一电平移位电路的输入端与所述环形振荡器的输出端连接，所述第一电平移位电路的输出端与所述电荷泵电路的输入端连接，所述第一电平移位电路用于将所述时钟信号的电平移至第二电压。
14.作为上述方案的改进，所述脉冲信号产生电路包括脉冲信号产生器及第二电平移位电路；
15.所述脉冲信号产生器的输入端与所述控制模块的脉冲控制信号输出端连接，其用于根据所述脉冲控制信号输出对应脉冲宽度且为第一电压的脉冲信号；
16.所述第二电平移位电路的输入端与所述脉冲信号产生器的输出端连接，所述第二电平移位电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述第二电平移位电路用于将所述脉冲信号的电平移至第二电压。
17.作为上述方案的改进，所述时钟信号产生电路和所述脉冲信号产生电路两者的电源电压，小于所述驱动电路的电源电压；所述驱动电路的电源电压小于所述电荷泵电路的输出电压。
18.作为上述方案的改进，所述驱动电路包括预驱动电路和开关电路；
19.所述预驱动电路，其输入端与所述脉冲信号产生电路的输出端连接，其输出端与所述开关电路的输入端连接，其用于根据所述脉冲信号预驱动所述开关电路；
20.所述开关电路的输出端用于与所述激光发射器的阴极连接。
21.作为上述方案的改进，所述开关电路包括第一开关管；所述第一开关管的输入端与所述预驱动电路的输出端连接，所述第一开关管的接地端接地，所述第一开关管的输出端用于与所述激光发射器的阴极连接。
22.作为上述方案的改进，所述第一开关管为高压nmos管。
23.作为上述方案的改进，所述静电泄放电路包括电源钳位电路、第一静电保护二极管电路和第二静电保护二极管电路；
24.所述电源钳位电路的一端与所述电荷泵电路的输出端连接，所述电源钳位电路的另一端接地；
25.所述第一静电保护二极管电路的负极与所述电荷泵电路的输出端连接，所述第一静电保护二极管电路的正极与所述驱动电路的输出端连接；
26.所述第二静电保护二极管电路的负极与所述驱动电路的输出端连接，所述第二静电保护二极管电路的正极接地。
27.作为上述方案的改进，所述电源钳位电路包括第一厚栅氧nmos管、第二厚栅氧nmos管、第三厚栅氧nmos管、第一厚栅氧pmos管及电阻；
28.所述电阻的一端与所述电荷泵电路的输出端连接，所述电阻的另一端与所述第一厚栅氧nmos管的栅极连接，所述第一厚栅氧nmos管的源极和漏极接地；所述第一厚栅氧pmos管的源极与所述电荷泵电路的输出端连接，所述第一厚栅氧pmos管的栅极连接于所述电阻和所述电容两者之间，所述第一厚栅氧pmos管的漏极与所述第二厚栅氧nmos管的漏极连接，所述第二厚栅氧nmos管的栅极连接于所述电阻和所述第一厚栅氧nmos管的栅极两者之间，所述第二厚栅氧nmos管的源极接地；所述第三厚栅氧nmos管的漏极与所述电荷泵电路的输出端连接，所述第三厚栅氧nmos管的栅极连接于所述第一厚栅氧pmos管的漏极与所
述第二厚栅氧nmos管的漏极两者之间，所述第三厚栅氧nmos管的源极接地。
29.本发明另一实施例提供了一种激光测距设备，其包括如上任一方案所述的激光测距控制器。
30.相比于现有技术，本发明实施例提供的所述激光测距控制器及激光测距设备，具有如下的至少一优点：
31.通过在激光测距控制器中集成时钟信号产生电路和电荷泵电路，这样所述电荷泵电路能够利用所述时钟信号产生电输出的时钟信号进行充电，以将所述低电平电压提升至激光发射器所需的高电平电压，从而实现在激光测距控制器中集成有供电功能；通过在所述激光测距控制器中集成脉冲信号产生电路和驱动电路，这样所述驱动电路能够利用所述脉冲信号产生电路产生的脉冲控制信号形成所述激光发射器的驱动电压，从而实现在激光测距控制器中集成有驱动功能；此外，当在所述激光测距控制器中集成有上述电路而实现集成有驱动功能和供电功能，为了避免集成后的激光测距控制器的电路之间产生的静电对整个电路的影响，在所述激光测距控制器中集成静电泄放电路，使得静电泄放电路在电荷泵电路、驱动电路和地之间形成静电泄放回路，确保整个激光测距控制器的电路更可靠。由上分析可知，本发明实施例能够将激光发射器的驱动功能和供电功能以可靠的方式集成到激光测距控制器，从而无需单独配置一个包括激光发射器的驱动模块和供电模块的独立芯片，降低了激光测距的硬件成本。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，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附图。
33.图1是本发明一实施例提供的一种激光测距控制器的电路架构示意图；
34.图2是本发明一实施例提供的环形振荡器的电路结构示意图；
35.图3是本发明一实施例提供的电平移位电路的电路结构示意图；
36.图4是本发明一实施例提供的脉冲信号产生器的电路结构示意图；
37.图5是本发明一实施例提供的可调延时模块的电路结构示意图；
38.图6是本发明一实施例提供的静电泄放电路的电路结构示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
40.其中，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二等仅用于区别相同技术特征的描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也不一定描述次序或时间顺序。在合适的情况下术语是可以互换的。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
41.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可
以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
42.参见图1，本发明一实施例提供了一种激光测距控制器100，其包括驱动模块2和用于向所述驱动模块2发送脉冲控制信号的控制模块1；所述驱动模块2包括：时钟信号产生电路20、电荷泵电路21、脉冲信号产生电路22、驱动电路23和静电泄放电路24。所述时钟信号产生电路20用于在所述控制模块1的使能控制下输出时钟信号；所述电荷泵电路21，其输入端用于与一低电平电压连接，其控制端与所述时钟信号产生电路20的输出端连接，其用于利用所述时钟信号进行充电以将所述低电平电压提升至激光发射器3所需的高电平电压，其输出端用于与所述激光发射器3的阳极连接。其中，通过在激光测距控制器100中集成时钟信号产生电路20和电荷泵电路21，这样所述电荷泵电路21能够利用所述时钟信号产生电输出的时钟信号进行充电，以将所述低电平电压提升至激光发射器3所需的高电平电压，从而实现在激光测距控制器100中集成有供电功能。此外，所述脉冲信号产生电路22，其输入端与所述控制模块1的脉冲控制信号输出端连接，其用于根据所述脉冲控制信号输出对应脉冲宽度的脉冲信号；所述驱动电路23，其输入端与所述脉冲信号产生电路22的输出端连接，其用于根据所述脉冲信号形成所述激光发射器3的驱动电压，其输出端用于与所述激光发射器3的阴极连接；通过在所述激光测距控制器100中集成脉冲信号产生电路22和驱动电路23，这样所述驱动电路23能够利用所述脉冲信号产生电路22产生的脉冲控制信号形成所述激光发射器3的驱动电压，从而实现在激光测距控制器100中集成有驱动功能。当在所述激光测距控制器100中集成有上述电路而实现集成有驱动功能和供电功能，为了避免集成后的激光测距控制器100的电路之间产生的静电对整个电路的影响，在所述激光测距控制器100中集成所述静电泄放电路24，所述静电泄放电路24连接于所述电荷泵电路21的输出端、所述驱动电路23的输出端与地三者之间，所述静电泄放电路24用于在电荷泵电路21、驱动电路23和地之间形成静电泄放回路，确保整个激光测距控制器100的电路更可靠。
43.具体而言，本实施例的工作原理为：当激光测距控制器100需要驱动片外的激光发射器3进行激光发射工作时，所述控制模块1使能所述时钟信号产生电路20，所述时钟信号产生电路20输出时钟信号；此时，所述电荷泵电路21利用所述时钟信号产生电输出的时钟信号进行充电，以将所述低电平电压提升至激光发射器3所需的高电平电压，并给所述激光发射器3的阳极进行供电；同时，所述控制模块1向所述脉冲产生电路发送脉冲控制信号，使得所述脉冲产生电路工作并根据所述脉冲控制信号输出对应脉冲宽度的脉冲信号，而所述驱动电路23此时根据所述脉冲信号形成所述激光发射器3的驱动电压以驱动所述激光发射器3的阴极，最终使得所述激光发射器3进行激光发射工作。在激光测距控制器100驱动所述激光发射器3工作的过程中，所述静电泄放电路24在电荷泵电路21、驱动电路23和地之间形成静电泄放回路，从而保证整个电路的鲁棒性。
44.综上，本发明实施例能够将激光发射器3的驱动功能和供电功能以可靠的方式集成到激光测距控制器100，从而无需单独配置一个包括激光发射器3的驱动模块2和供电模块的独立芯片，降低了激光测距的硬件成本。
45.作为其中的一个实施例，参见图1，所述时钟信号产生电路20包括环形振荡器200和第一电平移位电路201；所述环形振荡器200用于在所述控制模块1的使能控制下输出为
第一电压的时钟信号；所述第一电平移位电路201的输入端与所述环形振荡器200的输出端连接，所述第一电平移位电路201的输出端与所述电荷泵电路21的输入端连接，所述第一电平移位电路201用于将所述时钟信号的电平移至第二电压。
46.在本实施例中，当所述激光测距控制器100需要驱动片外的激光发射器3进行激光发射工作时，所述控制模块1使能所述环形振荡器200，使得所述环形振荡器200工作并在振荡稳定后输出一个固定频率的时钟信号；而所述第一电平移位电路201此时则将所述时钟信号的电平移至第二电压，从而使得所述电荷泵电路21进行正常的充电升压工作。作为示例的，所述第一电压为1.5v，所述第二电压为3.3v，所述电荷泵电路21的输出第三电压为5v。
47.此外，作为举例的，参见图2，所述环形振荡器200是一种采用奇数个非门组成的环形电路，环形电路的输出是不断振荡产生的两种电平，从而形成时钟信号。作为示例的，参见图3，所述第一电平移位电路201包括第一pmos管p1、第二pmos管p2、第三pmos管p3、第四pmos管p4、第一nmos管n1、第二nmos管n2及非门电路ng1；所述第一pmos管p1和所述第一nmos管n1两者的栅极与一低电平电压连接，所述第一pmos管p1的漏极与所述第一nmos管n1的漏极连接，所述nmos管的源极接地，所述第一pmos管p1的源极与所述第二pmos管p2的漏极连接；所述第二pmos管p2的源极与所述第三pmos管p3的源极连接，所述第三pmos管p3的栅极连接于所述第一pmos管p1的漏极与所述第一nmos管n1的漏极两者之间，所述第三pmos管p3的漏极与所述第四pmos管p4的源极连接，所述第四pmos管p4的漏极与所述第二nmos管n2的漏极连接，所述第四pmos管p4和所述第二nmos管n2两者的漏极与所述电荷泵电路21的输入端连接；所述第二nmos管n2的源极接地；所述第二pmos管p2的栅极连接于所述第四pmos管p4的漏极与所述第二nmos管n2的漏极之间；所述第三pmos管p3的栅极连接于所述第一pmos管p1的漏极与所述第一nmos管n1的漏极之间；所述非门电路ng1的输入端与所述第一pmos管p1和所述第一nmos管n1两者的栅极连接，所述非门电路ng1的输出端与所述第四pmos管p4和所述第二nmos管n2两者的栅极连接。
48.作为其中的一个实施例，参见图1，所述脉冲信号产生电路22包括脉冲信号产生器220及第二电平移位电路221；所述脉冲信号产生器220的输入端与所述控制模块1的脉冲控制信号输出端连接，其用于根据所述脉冲控制信号输出对应脉冲宽度且为第一电压的脉冲信号；所述第二电平移位电路221的输入端与所述脉冲信号产生器220的输出端连接，所述第二电平移位电路221的输出端与所述驱动电路23的输入端连接，所述第二电平移位电路221用于将所述脉冲信号的电平移至与所述驱动电路23工作相匹配的第二电压。
49.在本实施例中，当所述激光测距控制器100需要驱动片外的激光发射器3进行激光发射工作时，所述控制模块1向所述脉冲信号产生器220发送脉冲控制信号，以控制所述脉冲信号产生器220工作，而所述脉冲信号产生器220根据所述脉冲控制信号输出对应脉冲宽度且为第一电压的脉冲信号；而所述第二电平移位电路221此时则将所述脉冲信号的电平移至与所述驱动电路23工作相匹配的第二电压，从而使得所述驱动电路23正常工作。作为示例的，所述第一电压为1.5v，所述第二电压为3.3v。可以理解的是，所述第二电平移位电路221的电路结构可以参考上述实施例中的所述第一电平移位电路201的电路结构，在此不再赘述。
50.此外，作为举例的，参见图4，所述控制模块1向所述脉冲信号产生器220发送的脉
冲控制信号包括脉冲宽度控制信号和脉冲触发信号，所述脉冲信号产生器220包括可调延时模块2200；所述可调延时模块2200的脉冲宽度控制信号端与所述控制模块1的脉冲宽度控制信号端连接，所述可调延时模块2200的脉冲触发信号端与所述控制模块1的脉冲触发信号端连接，所述可调延时模块2200的输出端与所述驱动电路23的输入端连接；所述可调延时模块2200用于根据所述控制模块1发出的脉冲触发信号进行脉冲信号触发工作，所述可调延时模块2200用于根据所述控制模块1发出的脉冲宽度控制信号输出对应脉宽的脉冲信号，所述可调延时模块2200在脉冲触发信号的触发下，最终输出对应脉宽的脉冲信号。更具体的，参见图5，所述可调延时模块2200包括若干个依次并联的pmos管电路22001、若干个依次并联的nmos管电路22002、主pmos管p7、主nmos管n7和电容c1；所述pmos管电路22001包括有一副pmos管p6和电阻，所述副pmos管p6的栅极与所述控制模块1的脉冲宽度控制信号端连接，所述副pmos管p6的源极与一电压源连接，所述副pmos管p6的漏极与所述主pmos管p7的源极连接；所述nmos管电路22002包括有一副nmos管n6和电阻，所述副nmos管n6的栅极与所述控制模块1的脉冲宽度控制信号端连接，所述副nmos管n6的源极接地，所述副nmos管n6的漏极与所述主nmos管n7的源极连接；所述主pmos管p7的栅极和所述主nmos管n7的栅极两者与所述控制模块1的脉冲触发信号端连接，所述主pmos管p7的漏极与所述主nmos管n7的漏极两者与所述驱动电路23的输入端连接，所述电容c1的一端与所述驱动电路23的输入端连接，所述电容c1的另一端接地。
51.在本实施例中，当所述激光测距控制器100需要驱动片外的激光发射器3进行激光发射工作时，所述控制模块1向所述脉冲信号产生器220发送脉冲宽度控制信号和脉冲触发信号，所述脉冲触发信号pulse_trig控制所述主nmos管n7和主pmos管p7的通断，所述脉冲宽度控制信号pulse_ctrl1～pulse_ctrln改变对电容c1c0的充电电流的大小，从而最终获得所需要的宽度的脉冲信号。因此，本实施例通过能够实现脉冲宽度可控，可以根据激光测距的需求调节脉冲宽度，进而改变激光发射器3发光功率，以满足tof测距性能要求。
52.作为其中的一个实施例，所述时钟信号产生电路20和所述脉冲信号产生电路22两者电源电压，小于所述驱动电路23的电源电压；所述驱动电路23的电源电压小于所述电荷泵电路21的输出电压。举例而言，所述时钟信号产生电路20和所述脉冲信号产生电路22两者电源电压为1.5v，所述驱动电路23的电源电压为3.3v，所述电荷泵电路21的输出电压为5v。具体而言，参见图1，所述脉冲信号产生器220和所述环形振荡器200在所述激光测距控制器的第一电源域80中，所述驱动电路23在所述激光测距控制器的第二电源域81中，所述电荷泵电路21和所述电源钳位电路240在所述激光测距控制器的第三电源域82中。
53.作为其中的一个实施例，参见图1，所述驱动电路23包括预驱动电路230和开关电路231；所述预驱动电路230，其输入端与所述脉冲信号产生电路22的输出端连接，其输出端与所述开关电路231的输入端连接，其用于根据所述脉冲信号预驱动所述开关电路231；所述开关电路231的输出端用于与所述激光发射器3的阴极连接。其中，当所述预驱动电路230接收到所述脉冲信号产生电路22的脉冲信号时，所述预驱动电路230根据所述脉冲信号形成驱动电压，所述驱动电压施加给所述开关电路231使得所述开关电路231闭合而输出所述激光发射器3的驱动电压。
54.作为示例的，参见图1，所述开关电路231包括第一开关管n1；所述第一开关管n1的输入端与所述预驱动电路230的输出端连接，所述第一开关管n1的接地端接地，所述第一开
关管n1的输出端用于与所述激光发射器3的阴极连接。具体的，所述第一开关管n1为高压nmos管。当然，所述第一开关管n1还可以为三极管或者是pmos管等，在此不做具体限定。
55.作为其中的一个实施例，参见图1，所述静电泄放电路24包括电源钳位电路240、第一静电保护二极管电路241和第二静电保护二极管电路242；所述电源钳位电路240的一端与所述电荷泵电路21的输出端连接，所述电源钳位电路240的另一端接地；所述第一静电保护二极管电路241的负极与所述电荷泵电路21的输出端连接，所述第一静电保护二极管电路241的正极与所述驱动电路23的输出端连接；所述第二静电保护二极管电路242的负极与所述驱动电路23的输出端连接，所述第二静电保护二极管电路242的正极接地。
56.在本实施例中，所述电源钳位电路240把所述电荷泵电路21的输出电压的峰值钳制在某一预定的电平上，所述第一静电保护二极管电路241在所述电荷泵电路21和所述驱动电路23的输出端之间形成静电泄放回路，所述第二静电保护二极管电路242在所述驱动电路23的输出端和地之间形成静电泄放回路，从而保证整个电路的鲁棒性。
57.作为举例的，参见图6，所述第一静电保护二极管电路241包括有第一静电保护二极管esd1，所述第二静电保护二极管电路242包括有第二静电保护二极管esd2。
58.作为举例的，参见图6，所述电源钳位电路240包括第一厚栅氧nmos管n8、第二厚栅氧nmos管n9、第三厚栅氧nmos管n10、第一厚栅氧pmos管p8及电阻；所述电阻的一端与所述电荷泵电路21的输出端连接，所述电阻的另一端与所述第一厚栅氧nmos管n8的栅极连接，所述第一厚栅氧nmos管n8的源极和漏极接地；所述第一厚栅氧pmos管p8的源极与所述电荷泵电路21的输出端连接，所述第一厚栅氧pmos管p8的栅极连接于所述电阻和所述电容c1两者之间，所述第一厚栅氧pmos管p8的漏极与所述第二厚栅氧nmos管n9的漏极连接，所述第二厚栅氧nmos管n9的栅极连接于所述电阻和所述第一厚栅氧nmos管n8的栅极两者之间，所述第二厚栅氧nmos管n9的源极接地；所述第三厚栅氧nmos管n10的漏极与所述电荷泵电路21的输出端连接，所述第三厚栅氧nmos管n10的栅极连接于所述第一厚栅氧pmos管p8的漏极与所述第二厚栅氧nmos管n9的漏极两者之间，所述第三厚栅氧nmos管n10的源极接地。
59.在本实施例中，所述电源钳位电路240通过使用厚栅氧的高压mos管，这样提供了一条电荷泵电路21的高压输出到地的静电电流的主泄放通路，而如果采用传统薄栅氧的电源钳位电路240，器件无法承受高压，容易造成器件击穿损坏最终使整个电路结构失效。
60.本发明另一实施例提供了一种激光测距设备，其包括如上任一方案所述的激光测距控制器100。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。