本發(fā)明屬于激光測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光二極管的脈沖激光發(fā)射電路，應(yīng)用于激光雷達(dá)汽車(chē)智能防撞、城市建筑和規(guī)劃、激光近炸引信、激光主動(dòng)制導(dǎo)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

脈沖式激光測(cè)量采用激光器作為光源，以激光作為載波，根據(jù)飛行時(shí)間原理，通過(guò)檢測(cè)激光發(fā)射脈沖與激光回波脈沖之間的時(shí)間差來(lái)測(cè)量距離，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可靠性高，抗干擾性能強(qiáng)，不需要合作目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，在民用和軍事上得到了廣泛應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)激光的高重頻、窄脈沖是提高脈沖激光測(cè)距的作用距離、動(dòng)態(tài)探測(cè)精度和抗干擾能力的重要手段。基于激光二極管設(shè)計(jì)脈沖激光的發(fā)射電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，理論較健全，但是，激光二極管受激光器半導(dǎo)體特性和驅(qū)動(dòng)電路分布電感、分布電容的影響，要得到震蕩少、峰值功率高的窄脈沖波形很困難；再者，電路中MOS管需要150V高壓產(chǎn)生大電流對(duì)電容進(jìn)行充放電，電路布局時(shí)的走線上會(huì)產(chǎn)生很大的電壓降，消耗大部分的功率，以致在激光二極管上的壓降減小，峰值功率降低，需對(duì)電路進(jìn)行特有的布局。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于激光二極管的脈沖激光發(fā)射電路，實(shí)現(xiàn)高重頻窄脈沖激光的發(fā)射，有效提高激光測(cè)距的作用距離和精度。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于激光二極管的脈沖激光發(fā)射電路，包括激光二極管的高壓發(fā)生電路和驅(qū)動(dòng)電路，高壓發(fā)生電路為驅(qū)動(dòng)電路提供高壓源。

進(jìn)一步，高壓發(fā)生電路包括開(kāi)關(guān)三極管、第一電感、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第二二極管、第三二極管；其中，第三電阻的第一端與外部電壓源相連，其第二端與第一電感的第一端相連；第一電感的第二端與開(kāi)關(guān)三極管的集電極相連；開(kāi)關(guān)二極管的基級(jí)與第四電阻串聯(lián)后接前端提供的控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)二極管的發(fā)射級(jí)接地；第三電容的第一端和第四電容的第一端分別接在三電阻的兩端，第三電容的第二端和第四電容的第二端均接地；第二二極管的第一端與開(kāi)關(guān)二極管的集電極相連，其第二端與第五電阻相連；第三二極管的第一端與開(kāi)關(guān)二極管的集電極相連，其第二端接地；第五電容的第一端與第二二極管的第二端相連，其第二 端連接地；第五電阻的第二端與第六電容的第一端相連后作為高壓源提供給驅(qū)動(dòng)電路；第六電容的第二端接地。

進(jìn)一步，驅(qū)動(dòng)電路包括電流放大芯片、開(kāi)關(guān)MOS管、激光二極管、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容；其中，電流放大芯片的兩個(gè)電源腳相連后接外部電壓源；電流放大芯片的信號(hào)輸入腳接前端送入的高重頻窄脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流放大芯片的兩個(gè)接地腳相連后一并接地，電流放大芯片的兩個(gè)輸出腳相連一并接第一電阻的第一端；第一電阻的第二端與開(kāi)關(guān)MOS管的柵極相連，開(kāi)關(guān)MOS管的漏極與第二電阻的第二端相連，開(kāi)關(guān)MOS管的源級(jí)接地；第二電阻的第一端與高壓發(fā)生電路的高壓源相連；第一電容與第二電容并聯(lián)后，一端與開(kāi)關(guān)MOS管的漏極相連，另一端與激光二極管的負(fù)端相連；激光二極管的正端接地。

進(jìn)一步，驅(qū)動(dòng)電路用印制電路板方式實(shí)現(xiàn)，印制電路板中包括第一接插件、第二接插件；激光二極管、第二電阻布置在印制電路板的底層；第一接插件、第二接插件、第一電阻、開(kāi)關(guān)MOS管布置在印制電路板的頂層；第一接插件的第一管腳接高重頻窄脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第二管腳接地；第二接插件的第一管腳接高壓發(fā)生電路的高壓源，第二管腳接地。

進(jìn)一步，在驅(qū)動(dòng)電路布線中，電流放大芯片和開(kāi)關(guān)MOS管之間的距離盡量大，從激光二極管接地腳與開(kāi)關(guān)MOS管的源級(jí)之間通過(guò)長(zhǎng)且細(xì)的連線連接；開(kāi)關(guān)MOS管、激光二極管、第一電容、第二電容之間的連線距離盡量短

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于，應(yīng)用MOS管作為開(kāi)關(guān)器件，開(kāi)關(guān)時(shí)間短，瞬間產(chǎn)生電流大，激光二極管發(fā)射出的脈沖激光瞬時(shí)功率強(qiáng)，且由于在PCB板電路布局時(shí)，充分考慮走線的寄生電感和電容效應(yīng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行合理布局，減少了激光二極管發(fā)射出的波形震蕩，從而有效提高激光測(cè)距的作用距離和精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于光電二極管的脈沖發(fā)射電路中的高壓發(fā)生電路。

圖2是本發(fā)明基于光電二極管的脈沖發(fā)射電路中的驅(qū)動(dòng)電路。

圖3是圖2所示電路的PCB版圖。

圖4為本發(fā)明基于光電二極管的脈沖發(fā)射電路的實(shí)測(cè)波形圖。

具體實(shí)施方式

容易理解，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神的情況下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以想象出本發(fā)明基于光電二極管的脈沖發(fā)射電路的多種實(shí)施方式。因此，以下具體實(shí)施方式和附圖僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說(shuō)明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制或限定。

以激光二極管SPLPL90_3為例，本發(fā)明所述脈沖激光發(fā)射電路，包括激光二極管SPLPL90_3的高壓發(fā)生電路和驅(qū)動(dòng)電路，高壓發(fā)生電路為驅(qū)動(dòng)電路提供高壓源。

結(jié)合圖1，激光二極管SPLPL90_3的高壓發(fā)生電路包括外部電壓源VCC、開(kāi)關(guān)三極管Q2(ZTX497)、第一電感L1、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第二二極管D2、第三二極管D3；其中，第三電阻R3的第一端與外部電壓源VCC相連，第二端與第一電感L1的第一端相連，第一電感L1的第二端與開(kāi)關(guān)三極管Q2的集電極相連，開(kāi)關(guān)二極管Q2的基級(jí)與第四電阻R4串聯(lián)后接前端提供的10KHz的控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)二極管Q3的發(fā)射級(jí)接地，第三電容C3的第一端和第四電容C4的第一端分別接在三電阻R3的兩端，第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端均接地，第二二極管D2的第一端與開(kāi)關(guān)二極管Q2的集電極相連，第二端與第五電阻R5相連，第三二極管D3的第一端與開(kāi)關(guān)二極管Q2的集電極相連，第二端接地，第五電容C5的第一端與第二二極管D2的第二端相連，第二端連接地，第五電阻R5的第二端與第六電容C6的第一端相連后作為高壓源HV提供給驅(qū)動(dòng)電路；第六電容C6的第二端接地。

10KHz的方波控制開(kāi)關(guān)三極管Q2的開(kāi)斷，在三極管Q2斷開(kāi)期間，電源電壓給儲(chǔ)能電感充電，三極管Q2閉合期間，儲(chǔ)能電感瞬間放電產(chǎn)生高壓，高壓被存放在儲(chǔ)能電容中，通過(guò)負(fù)載取出，由此產(chǎn)生150V的高壓。

結(jié)合圖2，激光二極管SPLPL90_3的驅(qū)動(dòng)電路包括外部電壓源VCC、高壓源HV、電流放大芯片U1(MIC4452)、開(kāi)關(guān)MOS管Q1(IRF644)、激光二極管D1(SPLPL90_3)、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C1、第二電容C2；其中，電流放大芯片U1的兩個(gè)電源腳VS相連后接外部電壓源VCC，電流放大芯片U1的信號(hào)輸入腳IN接前端送入的高重頻窄脈沖(50KHz、40ns)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流放大芯片U1的兩個(gè)接地腳GND相連并且一并接地端，電流放大芯片U1的兩個(gè)輸出腳OUT相連并且一并接到第一電阻R1的第一端，第一電阻R1的第二端與開(kāi)關(guān)MOS管Q1的柵極相連，開(kāi)關(guān)MOS管Q1的漏極與第二電阻R2的第二端相連，開(kāi)關(guān)MOS管Q1的源級(jí)接地，第二電阻R2的第一端與高壓源HV相連，第一電容C1與第二電容C2并聯(lián)后，一端與開(kāi)關(guān)MOS管的漏 極相連，另一端與激光二極管SPLPL90_3的負(fù)端相連，激光二極管SPLPL90_3的正端接地。

在激光二極管SPLPL90_3的驅(qū)動(dòng)電路中，高重頻窄脈沖的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)電流放大芯片U1進(jìn)行電流放大，放大后的信號(hào)輸入到開(kāi)關(guān)MOS管Q1的柵極，用于控制開(kāi)關(guān)MOS管Q1的開(kāi)斷，在開(kāi)關(guān)MOS管Q1關(guān)閉時(shí)間內(nèi)，通過(guò)壓發(fā)生電路提供的高壓源HV對(duì)儲(chǔ)能電容C1和C2充電，儲(chǔ)能電容C1和C2在開(kāi)關(guān)MOS管Q1開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，通過(guò)激光二極管SPLPL90_3所在回路瞬間放電，產(chǎn)生大電流，從而發(fā)射出高重頻窄脈沖的激光。

結(jié)合圖3，激光二極管SPLPL90-3驅(qū)動(dòng)電路用PCB(印制電路板)實(shí)現(xiàn)，包括第一接插件P1、第二接插件H2、第一電阻R1、開(kāi)關(guān)MOS管Q1、激光二極管D1(SPLPL90_3)、電流放大芯片U1，第二電阻R2；其中，激光二極管D1、第二電阻R2布置在PCB版的底層(bottom Layer)，第一接插件P1、第二接插件H2、第一電阻R1、開(kāi)關(guān)MOS管Q1布置在PCB版的頂層(top Layer)。第一接插件P1的第一管腳接50KHz、40ns的高重頻窄脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第二管腳接地；第二接插件H2的第一管腳接高壓源HV，第二管腳接地，第三管腳為12V，第四管腳為GND。

考慮到激光二極管D1的驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)瞬間充放電，會(huì)產(chǎn)生瞬間大電流，因此將驅(qū)動(dòng)電路制成PCB板時(shí)需特別考慮走線電感的影響。激光二極管D1的驅(qū)動(dòng)電路布局布線中，電流放大芯片U1和開(kāi)關(guān)MOS管Q1之間的距離應(yīng)當(dāng)盡量大，并且從激光二極管D1第四管腳(接地腳)接出來(lái)的GND需要通過(guò)長(zhǎng)且細(xì)的連線連接到開(kāi)關(guān)MOS管Q1的源級(jí)，實(shí)現(xiàn)電流放大芯片U1和開(kāi)關(guān)MOS管Q1接地端走大回路連接。開(kāi)關(guān)MOS管Q1(IRF644)、激光二極管D1(SPLPL90_3)、第一電容C1、第二電容C2之間的連線距離越短越好，第一電容C1、第二電容C2選取大小為0805的封裝，電路板布局時(shí)開(kāi)關(guān)MOS管Q1、激光二極管D1管腳之間相距為2mm，制成PCB板后將第一電容C1、第二電容C2直接焊接在開(kāi)關(guān)MOS管Q1、激光二極管D1的管腳之間，用以來(lái)減少走線電感。

電路布局布線對(duì)發(fā)射的波形影響很大，在設(shè)計(jì)印制電路板(PCB)時(shí)，電流放大芯片MIC4452的接地線在版圖范圍內(nèi)越大越好，MOS管的漏極(D級(jí))與充電電容、充電電容與SPLPL90_3之間的間距越小越好。實(shí)際完成時(shí)，PCB版圖上只留出MIC4452、MOS管和相關(guān)電阻的焊接點(diǎn)，儲(chǔ)能電容和SPLPL90_3都直接焊接在MOS管的引腳上，減少電路的寄生電感。

結(jié)合圖4，為本實(shí)施例基于激光二極管SPLPL90_3的脈沖激光發(fā)射電路發(fā)射出的脈沖激光波形，波形利用Tektronix公司的DPO3054示波器(帶寬500MHz，采樣速率2.5GS/s)采得，波形重復(fù)頻率為50KHz，脈沖寬度為10ns，上升時(shí)間為6ns，完全符合高重頻窄脈沖的要求。