Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung, ein System zur Entfernungsbestimmung und ein Fahrzeug.

In Fahrzeugen werden oft zur Entfernungsbestimmung Systeme eingesetzt, die einen Laser und, zum gepulsten Treiben des Lasers, einen Pulsverstärkertreiber umfassen. Zum

Ansteuern eines potenzialfreien Verstärker- oder Schaltelements, beispielsweise in Schalt- Endstufen an hoher Betriebsspannung in Technologien ohne Komplementärtransistoren, umfassen Pulsverstärker oft spezielle Schaltungen.

Nach dem Stand der Technik werden dabei oft Schaltungen verwendet, in denen das Abschalten eines Haltestromes zum Aufsteuern eines Pulsverstärkertreiber-Transistors führt. Figur 1 zeigt eine solche Schaltung nach Stand der Technik.

Die Schaltung umfasst eine Spannungsquelle VO, eine Diode D1 und einen Lastausgang zum Anschließen einer Last ZL. Eine Anode der Diode D1 ist mit einer ersten Seite der Spannungsquelle VO verbunden. Der Lastausgang ist mit einer Kathode der Diode D1 über einen Kondensator CBT verbunden. Die Schaltung umfasst einen Bootstrapping-Widerstand RBT und einen T ransistor T 1 , der als Pulsverstärkertreiber-T ransistor dient und dessen Source mit dem Lastausgang verbunden ist. Der Bootstrapping-Widerstand RBT verbindet dabei die Kathode der Diode D1 mit einem Gate des Transistors T1. Ein zweiter Anschluss der Spannungsquelle VO ist mit dem Drain des Transistors T1 verbunden.

Zwischen dem Gate des Transistors T1 und Masse oder niedrigerer Spannung ist ein Haltestrom lin ziehbar. Zwischen dem Lastausgang und Masse ist eine Ausgangsspannung abnehmbar.

Der Haltestrom lin muss dabei so groß sein, dass am Widerstand RBT mindestens der zur sicheren Abschaltung des Transistors T1 nötige Spannungshub erreicht wird, wobei der Widerstand RBT andererseits klein genug sein muss, um die nötige Schaltgeschwindigkeit beim Anschalten zu erreichen. Im Fall von schnellen Pulsverstärkern für Pulse mit kleinem Tastverhältnis, wie sie z.B. für Lasertreiber benötigt werden, führt dies dazu, dass ein Dauerstrom nötig ist, um den Pulsverstärkertreiber ausgeschaltet zu halten. Auf Grund von Vorgaben zur Schaltgeschwindigkeit muss dieser Strom zum Teil so groß sein, dass er signifikant zur Verlustleistung der Gesamtschaltung beiträgt. Erfindungsgemäß wird eine Schaltung mit potenzialfreiem Ausgang zum Ansteuern eines potenzialfreien Verstärker- oder Schaltelements vorgeschlagen. Weiterhin werden erfindungsgemäß ein Pulsverstärkertreiber mit der erfindungsgemäßen Schaltung, ein Aufbauträger für Pulsverstärkerschaltungen, eine Treiberschaltung, ein System mit einem Laser und/oder einem Aufbauträger und ein Fahrzeug gemäß mit dem erfindungsgemäßen System vorgeschlagen.

Die Schaltung umfasst eine gepulste Stromquelle, eine erste Diode und einen Lastausgang zum Anschließen einer Last, wobei eine Anode der ersten Diode mit einem

Referenzpotenzial und der ersten Seite der Stromquelle und der erste Pin des Lastausgangs mit einer Kathode der ersten Diode verbunden sind. Die Schaltung umfasst eine zweite Diode, wobei ein zweiter Pin des Lastausgangs mit einer Kathode der zweiten Diode verbunden ist und eine Anode der zweiten Diode mit einer zweiten Seite der Stromquelle verbunden ist. Eine Impedanz verbindet die Kathode der ersten Diode mit der Kathode der zweiten Diode. Die Schaltung umfasst weiterhin eine Stichleitung, die die Kathode der ersten Diode mit der Anode der zweiten Diode verbindet, wobei die Stichleitung so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass Common-Mode-Reflexionen in der Stichleitung verhindert, gedämpft oder unterdrückt werden, damit das Bezugspotenzial für die im Inneren der Stichleitung laufende elektromagnetische Welle variiert werden kann, ohne dass

Wellenausbreitung im Common-Mode der beiden Signalleiter der Stichleitung zusammen gegenüber Masse durch Reflexion am Ende der Stichleitung zu Störungen führt.

Implementierungsbeispiele für Stichleitungen mit Common-Mode-Unterdrückung sind in den Ausführungsbeispielen angegeben.

Die Stichleitung selbst hat am schaltungsfernen Ende einen Kurzschluss oder

niederohmigen Abschluss, an dem das Eingangssignal der Stichleitung spannungsmäßig invertiert reflektiert wird. Damit kann die Ansteuerung nämlich invertiert erfolgen, um einen Ruhestrom für die Schaltung zu vermeiden.

Damit ist erfindungsgemäß ein Stromfluss in der Ansteuerung nur für die Dauer des Ausgangspulses erforderlich, so dass insbesondere bei kleinem Tastverhältnis der

Ausgangsspannung signifikant Verlustleistung eingespart werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verstärker- oder Schaltelement mindestens einen Transistor, wobei der Lastausgang mit einem Sourceanschluss des mindestens einen Transistors verbunden ist, wobei ein Drain des Transistors mit der zweiten Seite der Spannungsquelle und ein Gate des Transistors mit der Kathode der zweiten Diode verbunden ist.

Das Verstärker- oder Schaltelement kann zwei Eingangsanschlüsse und zwei

Ausgangsanschlüsse umfassen, wobei die Eingangsseite potenzialfrei ist und das

Bezugspotenzial der Eingangsseite durch die Ausgangsspannung festgelegt wird. Einer der Lastausgänge kann dazu mit einem der Eingangsanschlüsse über einen Rückkoppelpfad verschaltet werden.

Der Rückkoppelpfad kann enthalten: Eine leitende Verbindung, einen Kondensator oder eine andere Kombination von Bauelementen, die eine Ausgangspotenzialänderung mit hoher Bandbreite auf den Eingang überträgt, insbesondere ein oder mehrere Sourcefolgerstufen.

Die Stichleitung ist am Ende niederohmig oder mit Kurzschluss abgeschlossen. Das Referenz- oder Außenleiterpotenzial wird in der Anwendung variiert, um mit dem am Kurzschluss bzw. Unterabschluss reflektierten Signal nach dem Zurücklaufen zum

Stichleitungseingang eine floatende Spannungsquelle zu implementieren, die durch die Reflektion am Kurzschluss-Ende funktional negative Impedanz mit Delay darstellt.

Die Common-Mode-Unterdrückung kann beispielsweise erfolgen durch aufgewickelte oder gefaltete Anordnung der Stichleitung mit geringer Kapazität der Außenseite des Außenleiters als konzentriertem Element gegenüber Masse, Design einer hohen Common-Mode- Impedanz der Stichleitung gegenüber Masse, Unterdrückung der Common-Mode Anregung durch Ferritperle am schaltungsseitigen Ende der Stichleitung oder Implementierung der Stichleitung als innerem Teil eines Leitungstyps mit drittem Schirmleiter, z.B. Triax oder Twinax, wobei die Common-Mode-Wellenleitung mit einer Impedanz nahe dem

Wellenwiderstand abgeschlossen ist.

Zur Implementierung der Außenseite des Außenleiters als konzentriertem Element gegenüber Masse kann die Stichleitung so aufgewickelt oder gefaltet ausgestaltet sein, dass eine längste elektrisch wirksame Außenabmessung der Stichleitung klein gegenüber der inneren Leitungslänge der Stichleitung ist.

Zusätzlich oder alternativ kann, die im Common Mode gegenüber Masse enthaltene Energie durch hochohmige Ausgestaltung des Common Mode gegenüber Masse reduziert sein.

Die Stichleitung kann insbesondere ein Twinaxkabel und/oder ein Triaxkabel umfassen, wobei der äußere Außenleiter gegen die Innenleiter entsprechend dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Die Abschlussimpedanz kann dabei schaltungstechnisch Teile des Lastwiderstandes implementieren.

Die Stichleitung kann eingangsseitig eine Ferritperle umfassen, mittels der die Speisung des Common-Mode in die Stichleitung gedämpft oder unterdrückt wird.

Es wird ein Aufbauträger vorgeschlagen. Ferner wird ein System zur

Entfernungsbestimmung umfassend einen Aufbauträger vorgeschlagen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der

nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Schaltung nach Stand der Technik,

Figur 2 eine erste beispielhafte Ausführungsform,

Figur 3 eine zweite beispielhafte Ausführungsform,

Figur 4 eine dritte beispielhafte Ausführungsform,

Figur 5 eine weitere beispielhafte Ausführungsform,

Figur 6 eine vierte beispielhafte Ausführungsform,

Figur 7 eine fünfte beispielhafte Ausführungsform,

Figur 8 eine sechste beispielhafte Ausführungsform,

Figur 9 eine siebte beispielhafte Ausführungsform

Figur 10 eine achte beispielhafte Ausführungsform

Figur 1 1 eine neunte beispielhafte Ausführungsform Figur 12 eine zehnte beispielhafte Ausführungsform und

Figur 13 eine elfte beispielhafte Ausführungsform.

Figur 2 zeigt eine Schaltung für einen Pulsverstärkertreiber. Die Schaltung umfasst eine Spannungsquelle VO, eine erste Diode D1 und einem Lastausgang zum Anschließen einer Last ZL. Eine Anode der ersten Diode D1 ist mit einer ersten Seite der Spannungsquelle VO verbunden. Der Lastausgang ist mit einer Kathode der ersten Diode D1 verbunden. Die Schaltung für einen Pulsverstärkertreibertreiber umfasst eine zweite Diode D2 und eine Stichleitung TL. Die Stichleitung TL verbindet dabei die Kathode der ersten Diode D1 mit der Anode der zweiten Diode D2. Ein zweiter Lastausgang ist mit einer Kathode der zweiten Diode D2 und eine Anode der zweiten Diode D2 mit einer zweiten Seite der

Spannungsquelle VO verbunden.

Die Stichleitung TL ist so ausgebildet und/oder angeordnet, dass Reflexionen im Common- Mode der Stichleitung gegenüber Masse gedämpft oder unterdrückt werden.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 umfasst die Schaltung für einen Pulsverstärkertreiber weiterhin eine Impedanz ZT, die die Kathode der ersten Diode D1 mit der Kathode der zweiten Diode D2 verbindet. Die Schaltung für einen Pulsverstärkertreiber in Figur 3 umfasst weiterhin, als Beispiel eines potenzialfreien Verstärker- oder Schaltelements, einen selbstsperrenden Transistor T1 , wobei der Lastausgang mit einem Sourceanschluss des Transistors T1 verbunden ist. Ein Drain des Transistors T1 ist dabei mit der zweiten Seite der Spannungsquelle VO und ein Gate des Transistors T1 ist dabei mit der Kathode der zweiten Diode D2 verbunden.

Zunächst ist der T ransistor T 1 gesperrt. Am Schaltungseingang wird für die Dauer des gewünschten Ausgangs-Spannungspulses ein Strom gezogen. Dieser erzeugt am eingangsseitigen Terminal der Stichleitung einen Spannungsabfall - lin · ZO. Die erste Diode D1 leitet und die zweite Diode D2 sperrt. Die resultierende Spannungswelle durchläuft die Stichleitung und wird am kurzgeschlossenen oder niederohmig abgeschlossenen Ende invertiert reflektiert. Bis zur Rückkehr der geführten Welle ans Eingangsterminal der Stichleitung kann der Eingangsstrom abgeschaltet werden, so dass die Stichleitung TL nun ungefähr eine Spannung + lin · ZO aufs Eingangsterminal treibt. Dadurch wird die zweite Diode D2 in Vorwärtsrichtung betrieben und an der Impedanz ZT entsteht ein

entsprechender Spannungsabfall, der den Transistor T1 aufsteuert. Die Stichleitung TL sieht dabei über die zweite Diode D2 die Abschlussimpedanz ZT, an der wenig Rückreflexion in die Stichleitung TL hinein erfolgt. Damit kann der Transistor T1 im Vergleich zum einfachen Spannungsabfall von lin an einem Lastwiderstand nach dem Stand der Technik durch die erfindungsgemäße Schaltung invertiert angesteuert werden. Eine Arbeitspunkteinstellung des Schaltelements erfolgt bei Bedarf durch noch hinzuzufügende Schaltungsteile.

Erfindungsgemäß ist damit ein Stromfluss in der Ansteuerung nur für die Dauer des Ausgangspulses erforderlich, so dass insbesondere bei kleinem Tastverhältnis der

Ausgangsspannung signifikant Verlustleistung eingespart werden kann. Da das

Eingangssignal an der Stichleitung mit Kurzschluss oder mit niedrigohmigem Abschluss invertiert wird, ist nur für die Dauer des Ausgangspulses ein Eingangsstrom nötig.

Die Schaltung des Ausführungsbeispiels in Figur 4 umfasst weiterhin einen Feedback-Pfad FBP mit Mitkopplung, wobei der Lastausgang über den Feedback-Pfad FBP mit der Kathode der ersten Diode D1 verbunden ist. Dabei ist der Transistor T1 , der lediglich als Beispiel eines potenzialfreien Verstärker- oder Schaltelements dient, selbstsperrend.

Der Feedback-Pfad kann beispielsweise eine leitende Verbindung, einen Widerstand, einen Kondensator, einen Sourcefolger oder eine Kombination mehrerer solcher Schaltungsteile enthalten.

Durch Mitkopplung des Schaltungsausganges auf den Schaltungsknoten an der Kathode von D1 erhöht sich mit der Spannung am Schaltungsausgang auch die Spannung am Schaltungsknoten oberhalb der Impedanz ZT, so dass die treibende Stichleitung eine floatende Signalquelle darstellt, die den Transistor T1 wie beim einfachen Bootstrapping solange weiter aufsteuert, bis die Ausgangsspannung durch die Höhe der

Spannungsversorgung begrenzt wird. Wenn das Ende der Spannungswelle aus der Stichleitung TL das Transistorgate erreicht, erfährt der Transistor T1 am Steuerterminal einen negativen Spannungssprung und schließt, so dass nun der Strom durch die Last ZL die Spannung am Schaltungsausgang wieder nach unten treibt.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 umfasst die Schaltung für einen

Pulsverstärkertreibertreiber einen Kondensator CBT, wobei der Lastausgang über den Kondensator CBT mit der Kathode der ersten Diode D1 verbunden ist. Da der Feedback- Pfad somit nur Änderungen des Potenzials überträgt, kann durch hinzuzufügende

Schaltungsteile eine separate Arbeitspunkteinstellung für die Eingangs- und Ausgangsseite Transistors, z.B. für selbstleitende Typen, erfolgen. Eine optionale Erweiterung dieses Ausführungsbeispiels ist ein zum Kondensator parallel geschalteter Widerstand RAP, der in der Figur 5 gestrichelt dargestellt ist. Der Feedbackpfad kann auch weitere aktive Komponenten wie z.B. einen weiteren

Sourcefolger enthalten. Dies ist im Ausführungsbeispiel der Figur 6 dargestellt. Hier ergeben sich u. U. mehrere - hier dargestellt: zwei - mögliche Abgriffspunkte Voutl und Vout2 für die Ausgangsspannung. Auch hier ist analog zum vorgehenden Beispiel eine AC-Kopplung zur Arbeitspunkteinstellung möglich.

Der Schaltungseigang kann in einer beispielhaften Weiterentwicklung der Erfindung, die in Figur 7 gezeigt ist, vom Strom aus einem Bipolar-Transistor mit zwei Kaskoden angesteuert werden, von denen die obere die für die Ausgangsspannung nötige Spannungsfestigkeit aufweist. Die erste und die zweite Diode können zur Minimierung der Durchlassspannung als Schottky-Dioden implementiert sein. Eine Ansteuerung kann beispielsweise über einen Bipolar-Transistor mit Bipolar-Kaskode und weiterer Kaskode bestehend aus einem HEMT Transistor erfolgen.

In einer beispielhaften Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Stichleitung mit Kurzschluss oder ähnlichem niederohmigem Abschluss eines Leitungstyps mit klar definiertem Außenleiter bzw. Referenzleiter (z.B. Koaxial-, Koplanar-, mit-Masse-, Streifen- Leitung o.ä.), wobei der Außen/Referenzpotenzial-Leiter floatendes Bezugspotenzial hat, also nicht mit Masse identisch ist, die Gesamtkapazität zwischen Außenleiter und Masse durch kompakte Gestaltung klein gehalten ist und der Weg der Wellenausbreitung im Inneren durch aufgewickelte oder gefaltete Anordnung derart gestaltet ist, dass die längste elektrisch wirksame Außenabmessung der Stichleitung klein gegenüber der Leitungslänge im Inneren der Stichleitung ist. Das Potenzial des Außenleiters kann dann beispielsweise durch Bootstrapping variiert werden, um ein am Eingang potenzialfreies Verstärker- oder Schaltelement, z.B. einen Transistor in Sourcefolger-Konfiguration, per Bootstrapping anzusteuern.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Stichleitung mit Kurzschluss oder ähnlichem niederohmigem Abschluss, deren Außenleiter bzw. Common-Mode nicht als konzentriertes Element ausgeführt ist, bei der Common-Mode- Reflexionen aber auf andere Weise reduziert sind, und zwar entweder durch Abschluss der Wellenausbreitung im Common Mode (z.B. eine Triax- Leitung, bei der die beiden inneren Leiter die kurzgeschlossene Stichleitung implementieren und die äußere Leitung

näherungsweise abgeschlossen ist) oder durch hochohmige Implementierung des

Außenleiters bzw. des Common Mode gegenüber Masse (z.B. eine symmetrische Leitung mit hoher Common-Mode-Impedanz oder durch Ferritperle unterdrückter Common-Mode- Speisung, mit dem Außenleiter gegenüber Masse floatende Koax-Leitung geometrisch fernab von Masse oder auch nicht notwendigerweise als Wellenleiter ausgeführt hochohmig gegenüber Masse), so dass wenig Energie in einer Common Mode Wellenausbreitung respektive der reaktiven Impedanz gespeichert wird. Zudem kann der Abschluss die Last des Sourcefolgers ganz oder teilweise ersetzen. Ein Kondensator kann im Fall eines selbstsperrenden Transistors durch eine leitende Verbindung ersetzt werden.

Die Limitierung der möglichen Ausgangspulsbreite kann, wie in Figur 8 gezeigt, durch Multiplexing mehrerer Elemente aufgehoben werden, um Signale zu treiben, deren

Pulsbreite nicht zeitlich begrenzt ist, beispielsweise zur Verwendung in Supply-Modulatoren für Leistungsverstärker, als Modulatortreiber oder für gepulste Messtechnik.

Figur 1 1 zeigt einen Aufbauträger 1 1f und einen Laser 1 1 g. Der Laser ist vereinfachend quaderförmig dargestellt, kann aber alternativ die Form eines allgemeinen Prisma oder allgemeinen Zylinders haben.

Beim Aufbau eines Lasertreibers für hohe Ströme im Kurzpulsbetrieb ist beispielsweise auf eine induktivitätsarme Zuführung der gepulsten Ströme zum Laser zu achten. Dies kann für einen Laser, dessen Elektroden 1 1 h, 1 1 i sich an verschiedenen Stellen des Umfangs der Länge nach erstrecken(z.B. Barrenlaser) durch den Aufbauträger erreicht werden: Durch (z.B. teilweises) Einbetten des Lasers in Aussparungen 1 1 a oder 1 1 b oder Anfügen an Kontaktbereiche 1 1 c, 1 1 d (z.B. planare Seitenflächen) des Aufbauträgers mit einer leitfähigen Verbindung können die Zuleitungsströme in der Schichtstruktur in weiten Bereichen gegenläufig fließen, was die Zuleitungsinduktivität verringern kann. Die

Leiterebenen der in der Schichtstruktur abwechselnd vorliegenden Signale werden dazu nach Signaltyp sortiert bis an die Oberfläche des Aufbauträgers herausgeführt 1 1 e, 1 1j und nach Einsetzen des Lasers - ggf. mit zusätzlichem leitfähigem Material 12d zur

Verbesserung eines Anschlusskontakts - leitfähig mit dessen Elektroden verbunden.

Figur 12 zeigt einen Aufbauträger mit einem eingesetzten und einem an der Kante angefügten, je leitfähig verbundenen Laser.

Figur 13 zeigt einen Laser mit zugehörigem Aufbauträger mit Längssektionierung einer Elektrode des Lasers. Um die Laserdynamik von Lasern im Pulsbetrieb zu beeinflussen, kann es erforderlich sein, einzelne Längsabschnitte des Lasers separat zu treiben. Für einen der Länge nach sektionierten Laser, von dessen Elektroden mindestens eine innerhalb mehrerer Längs-Teilabschnitte 13b, 13c separat anzuschließen ist und dessen Elektroden sich jeweils an verschiedenen Stellen des Umfangs der Länge nach erstrecken, ist dies mit einem Aufbauträger nach Anspruch 1 1 induktivitätsarm realisierbar.

In beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist ein Feedbackloop über Folgerstufen realisiert. Die Schaltung für einen Pulsverstärkertreibertreiber PVT kann beispielsweise, wie in Figur 9 gezeigt, in einem System verwendet werden, um (optional über ein oder mehrere Sourcefolger- oder Emitterfolgerstufen SFS, EFS) eine Ausgangsstufe AGS und damit einen Laser LAS anzusteuern, um kurze optische Pulse zu erzeugen.

Zum Beispiel kann, wie in Figur 10 gezeigt, ein LIDAR-System, etwa ein Flash-LIDAR, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine Szenen-Beleuchtung mit Halbleiterlaser LAS und optischen System OPT realisiert wird, durch den Pulsverstärkertreiber PVT angesteuert werden.

Ein solches System kann beispielsweise zur Entfernungsbestimmung beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden.