專利名稱：基于雙閉環(huán)的apd反向偏置電壓控制電路的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及光纖通信技術(shù)，尤其涉及一種基于雙閉環(huán)的APD反向偏置電壓控制電路。
背景技術(shù)：
目前的國內(nèi)市場以及國際市場，高帶寬、高速率和多種業(yè)務融合的光纖通信方向已經(jīng)開始應用；在眾多的解決方案中，光纖到戶(FTTH)的出現(xiàn)便被認為是寬帶接入的終極解決方案。國內(nèi)市場已經(jīng)大面積應用。在光纖通信系統(tǒng)中，激光探測器被廣泛應用于各種光模塊或光端機中，比如應用于設置在光纖通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)系統(tǒng)的中心局OLT (Optical Line Terminator,光線路終端)設備中，或者應用于設置在局端的ONU (optical net unit，光網(wǎng)絡單元)光模塊中，用以進行光信號的探測與接收。如圖1所示，激光探測器中通常包括:ROSA (Receiver Optical Subassembly,光接收組件)和限幅放大電路；R0SA中包括:光電二極管和TIA (Tranimpedance Amplifier,跨阻放大器)；光電二極管在探測到光信號后，輸出相應的響應電流Ipd 般而言,光電二極管探測的光信號的功率越強，則輸出的Ipd越大。光電二極管具體可以是APD (Avalanche Photo Diode，雪崩光電二極管)，也可以是PIN光電二極管(在P、N結(jié)之間加進一個接近本征材料的I區(qū)，形成PIN結(jié)構(gòu)的半導體光電探測器)。
APD可以比PIN更好的滿足光信號的探測與接收的需求。但APD最佳工作條件下需要的反向偏置電壓值較高，且對反向偏置電壓的精度和穩(wěn)定性非常敏感，偏離最佳工作電壓可使APD性能變差或不可逆的損壞。因此對APD施加穩(wěn)定性好，精度高且受控的反向偏置電壓是APD正常工作的關鍵。目前，現(xiàn)有的APD偏壓電路如圖2所示，其工作原理為:控制電路輸出控制電壓到升壓電路，升壓電路對接收的控制電壓進行升壓，輸出較高電壓；現(xiàn)有技術(shù)中有多種具體的升壓電路，此處不一一介紹；此外，升壓電路也可采用集成的升壓芯片來實現(xiàn)。如果，升壓電路輸出的電壓還達不到APD正常工作的電壓的要求，則使用倍壓電路對升壓電路輸出的電壓進行倍壓后，輸出更高的電壓。通常升壓芯片具有反饋功能，集成有反饋電路，可以將升壓芯片輸出端的電壓進行反饋，以調(diào)節(jié)、保持升壓芯片輸出端的電壓的穩(wěn)定。倍壓電路輸出的電壓經(jīng)電流鏡像電路輸出到APD，為APD提供反向偏置電壓?，F(xiàn)有
技術(shù)中有多種具體的電流鏡像電路，此處不--介紹；此外，電流鏡像電路也可采用集成的
電流鏡像芯片來實現(xiàn)。然而，在實際應用中，本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的Aro偏壓電路為Aro提供反向偏置電壓有時會出現(xiàn)與設定值發(fā)生較大偏差，也就是現(xiàn)有技術(shù)的APD偏壓電路輸出的電壓穩(wěn)定性不好。

實用新型內(nèi)容本實用新型的實施例提供了一種基于雙閉環(huán)的APD反向偏置電壓控制電路，用以為APD提供更為穩(wěn)定的反向偏置電壓。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種基于雙閉環(huán)的Aro反向偏置電壓控制電路，包括:控制電路、反向偏置電壓提供電路、電流鏡像電路、反饋電路；其中，所述反向偏置電壓提供電路的輸入端與所述控制電路的輸出端相連，所述反向偏置電壓提供電路根據(jù)加載于其輸入端的電壓輸出為所述雪崩光電二極管APD提供的反向偏置電壓；所述電流鏡像電路的輸入端與所述反向偏置電壓提供電路的輸出端相連，所述電流鏡像電路的第一輸出端與所述Aro相連；所述反向偏置電壓提供電路輸出的電壓通過所述電流鏡像電路加載于所述APD，作為所述APD的反向偏置電壓；反饋電路的輸入端與所述電流鏡像電路的第一輸出端相連，反饋電路的輸出端與所述控制電路的輸入端相連，用于將所述APD的反向偏置電壓反饋到所述控制電路；所述控制電路根據(jù)反饋電路的輸出端輸出的電壓以及預先設定的電壓值，調(diào)整其輸出端輸出的電壓。其中，所述反向偏置電壓提供電路包括:升壓電路；所述升壓電路的輸入端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸出端。或者，所述反向偏置電壓提供電路包括:串聯(lián)連接的升壓電路和倍壓電路；所述升壓電路的輸入端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸入端，所述倍壓電路的輸出端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸出端，所述升壓電路的輸出端與所述倍壓電路的輸入端相連。其中，所述反饋電路具體為分壓電路。所述反饋電路的分壓電路中具體包括:兩個串聯(lián)的電阻R3和R4，構(gòu)成第二串聯(lián)電路；第二串聯(lián)電路的一端接地，其另一端與所述電流鏡像電路的第一輸出端相連，作為反饋電路的輸入端；電阻R3和電阻R4的連接點作為反饋電路的輸出端。其中，所述控制電路的輸出端具體為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換DAC輸出端口，其輸入端具體為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC輸入端口。較佳地，所述電流鏡像電路的第二輸出端與光功率檢測電路相連，所述光功率檢測電路用于根據(jù)所述電流鏡像電路輸出的電流檢測所述Aro接收的光信號的功率。較佳地，所述升壓電路包括升壓芯片。較佳地，所述電流鏡像電路包括電流鏡像芯片。較佳地,所述APD反向偏置電壓控制電路應用于光模塊或光端機中。本實用新型實施例的APD反向偏置電壓控制電路中，由于采用反饋電路向控制電路反饋APD的反向偏置電壓形成完整的閉環(huán)控制，從而即使在溫度變化或電壓紋波干擾的情況下，控制電路可以通過反饋電路輸出的反饋電壓及時獲知Aro的反向偏置電壓偏離設定電壓的情況，以及時調(diào)整其輸出的控制電壓，保證Aro上的反向偏置電壓的穩(wěn)定性和精度。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的激光探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的APD偏壓電路的示意圖；圖3a和3b為本實用新型實施例的基于雙閉環(huán)的APD反向偏置電壓控制電路的示意圖；圖4為本實用新型實施例的反饋電路的示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本實用新型進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本實用新型的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本實用新型的這些方面。本實用新型的發(fā)明人對現(xiàn)有的APD偏壓電路進行分析，發(fā)現(xiàn)雖然現(xiàn)有的APD偏壓電路中采用了閉環(huán)控制的技術(shù)來保證升壓芯片輸出的電壓的穩(wěn)定性，但該閉環(huán)系統(tǒng)只是局部的閉環(huán)，沒有形成完整的閉環(huán)控制；若溫度變化，或電壓紋波等干擾，就會使升壓芯片輸出的高壓值與設定值發(fā)生較大偏差；此外，雖然電流鏡像電路在理想情況下可視為電路壓降為零，但實際中，電流鏡像電路是具有一定壓降的；也就是說，輸出電流鏡像電路的電壓比輸入電流鏡像電路的電壓要略低；而電流鏡像電路的壓降會隨溫度的變化而變化，從而導致在電流鏡像電路的輸入電壓一定的情況下，其輸出電壓會隨溫度的變化而變化，這也導致現(xiàn)有的Aro偏壓電路輸出到APD上的反向偏置電壓精度不高?；谏鲜龇治?，本實用新型的主要思路為，將APD的偏壓電路設計成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，且是雙閉環(huán)的系統(tǒng)，從而可以大大增加電路輸出電壓的穩(wěn)定性和精度，而且，不需要增加成本。
以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型實施例的技術(shù)方案。本實用新型實施例提供的基于雙閉環(huán)的APD反向偏置電壓控制電路可應用于光模塊或光端機中，如圖3a所示，包括:控制電路301、反向偏置電壓提供電路302、電流鏡像電路303、反饋電路305。其中，控制電路301的輸出端與反向偏置電壓提供電路302的輸入端相連，控制電路301通過其輸出端向反向偏置電壓提供電路302輸出控制電壓Ul ;反向偏置電壓提供電路302根據(jù)加載于其輸入端的電壓,從其輸出端輸出為APD提供的反向偏置電壓；具體地，反向偏置電壓提供電路302中可以包括升壓電路311 (如圖3a所示)，升壓電路311的輸入端作為反向偏置電壓提供電路302的輸入端，升壓電路311的輸出端作為反向偏置電壓提供電路302的輸出端；升壓電路311對反向偏置電壓提供電路302的輸入端輸入的電壓進行升壓后，從反向偏置電壓提供電路302的輸出端輸出，作為反向偏置電壓提供電路302的輸出端輸出的電壓u2，為APD提供的反向偏置電壓；升壓電路中具體可以包括升壓芯片。升壓芯片具有反饋功能，集成有反饋電路，可以將升壓芯片輸出端的電壓進行反饋，以調(diào)節(jié)、保持升壓芯片輸出端的電壓的穩(wěn)定?；蛘?，反向偏置電壓提供電路302中也可以包括串聯(lián)連接的升壓電路311和倍壓電路312 (如圖3b所示)，升壓電路311的輸入端作為反向偏置電壓提供電路302的輸入端，升壓電路311的輸出端與倍壓電路312的輸入端相連，倍壓電路312的輸出端作為反向偏置電壓提供電路302的輸出端；升壓電路311對反向偏置電壓提供電路302的輸入端輸入的電壓進行升壓后，輸出電壓到倍壓電路312，倍壓電路312對升壓電路311輸出的電壓進行倍壓后，從反向偏置電壓提供電路302的輸出端輸出，作為反向偏置電壓提供電路302的輸出端輸出的電壓u2,為APD提供的反向偏置電壓。反向偏置電壓提供電路302的輸出端與電流鏡像電路303的輸入端相連，電流鏡像電路303的第一輸出端與APD相連，反向偏置電壓提供電路302通過電流鏡像電路303將電壓施加于APD上,為APD提供了反向偏置電壓。電流鏡像電路303的第二輸出端與光功率檢測電路(圖中未標)相連，光功率檢測電路根據(jù)電流鏡像電路303輸出的電流檢測出APD接收的光信號的功率。事實上，反向偏置電壓提供電路302輸出的電壓u2可直接加載到APD上，但是，在實際應用中，由于光模塊或光端機一般都有接收光功率檢測的需求；因此，反向偏置電壓提供電路302 —般通過電流鏡像電路303將電壓加載到AH)上；而電流鏡像電路303的第一輸出端輸出的電流與其第二輸出端輸出的電流相等，而流經(jīng)APD的電流直接反映APD接收的光信號的功率，因此，可以通過檢測電流鏡像電路303的第二輸出端輸出的電流來確定APD接收的光信號的功率。電流鏡像電路303具體可以包括電流鏡像芯片。反饋電路305的輸入端與電流鏡像電路303的第一輸出端相連，反饋電路305的輸出端與控制電路301的輸入端相連；從而，反饋電路305將輸出到AH)的反向偏置電壓反饋到控制電路301?？刂齐娐?01進行APD反向偏置電壓控制的方法為:控制電路301根據(jù)反饋電路305輸出的反饋電壓Uf2與預先設定的電壓值，調(diào)整其輸出的控制電壓Ul。具體地，控制電路301可以根據(jù)反饋電路305輸出的反饋電壓uf2計算出反饋電路305輸入端的電壓，即計算出加載在Aro上的反向偏置電壓；將計算出的電壓與預先設定的電壓值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整其輸出的控制電壓ul，以實現(xiàn)整個電路的閉環(huán)控制。事實上，電流鏡像電路303的第一輸出端輸出的電壓u4 (即加載在APD上的反向偏置電壓)與控制電路301輸出的控制電壓ul之間通常具有線性關系；u4與ul之間的線性關系可以事先通過實驗而獲得；并將u4與ul之間的對應關系保存到控制電路301中；既可以以公式的形式保存在控制電路301中，也可以u4與ul的對照表的形式保存。例如，u4與ul之間的關系可以以公式:u4=k*ul+b來表達；其中，參數(shù)k、b為事先通過實驗確定出的?？刂齐娐?01根據(jù)反饋電壓uf2以及反饋電路305的反饋系數(shù)，可以計算出電流鏡像電路303的第一輸出端輸出的電壓u4 (即加載在APD上的反向偏置電壓);將計算出的電壓值與預先設定的電壓值進行比較，就可以了解到AH)上的反向偏置電壓偏離設定電壓的情況，根據(jù)APD上的反向偏置電壓偏離設定電壓的情況調(diào)整控制電壓ul，以達到將APD上的反向偏置電壓向設定電壓的方向進行調(diào)整的目的。而調(diào)整的方式可根據(jù)先驗的u4與ul之間的關系來確定。[0048]事實上，反饋電路305將電流鏡像電路303的第一輸出端輸出的電壓u4 (即加載在APD上的反向偏置電壓)反饋至控制電路301，從而形成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)；該完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)可以對整個閉環(huán)系統(tǒng)中出現(xiàn)的因溫度、電源紋波干擾等因素造成的APD上的反向偏置電壓偏離設定電壓的情況進行反饋、閉環(huán)控制，以提高APD反向偏置電壓的穩(wěn)定性；同時，因溫度影響而造成的電流鏡像電路的壓降而導致輸出到APD上的反向偏置電壓隨溫度而變化的情況，也可由反饋電路305反饋至控制電路，由控制電路根據(jù)反饋進行控制電壓的調(diào)整，從而提高輸出到APD上的反向偏置電壓精度。其中，控制電路301具體可以包括單片機、或MCU (Microprogrammed ControlUnit,微程序控制器)、或CPlXCentral Processing Unit,中央處理器)等處理器。控制電路301用以輸出控制電壓的輸出端具體可以是DAC (Digital-to-Analog Converter,數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換)輸出端口，其用以輸入反饋電壓uf2的輸入端具體可以是ADCXAnalog to DigitalConverter,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換)輸入端口。一種具體的反饋電路305如圖4所示，為分壓電路，由兩個串聯(lián)的電阻構(gòu)成；其中，電阻R3和電阻R4串聯(lián)，構(gòu)成第二串聯(lián)電路；第二串聯(lián)電路的一端接地，其另一端與電流鏡像電路303的第一輸出端相連,作為反饋電路305的輸入端；電流鏡像電路303的第一輸出端的電壓u4加載于電阻R3和電阻R4上；電阻R3和電阻R4的連接點作為反饋電路305的輸出端，輸出經(jīng)電阻R3和電阻R4分壓后的電壓作為APD的反向偏置電壓的反饋電壓uf2。由電阻R3、R4構(gòu)成的反饋電路305中的反饋系數(shù)為:(R3+R4)/R4 ;控制電路301根據(jù)反饋電壓uf2以及反饋電路305的反饋系數(shù)R4/(R3+R4)，計算出的電流鏡像電路303的第一輸出端輸出的電壓u4 (即加載在APD上的反向偏置電壓)為:u4=uf2X (R3+R4)/R4。顯然，本領域技術(shù)人員還可以其它電路來實現(xiàn)上述反饋電路305的功能，此處不再 列舉。本實用新型實施例的APD反向偏置電壓控制電路中，由于采用反饋電路向控制電路反饋APD的反向偏置電壓形成完整的閉環(huán)控制，從而即使在溫度變化或電壓紋波干擾的情況下，控制電路可以通過反饋電路輸出的反饋電壓及時獲知Aro的反向偏置電壓偏離設定電壓的情況，以及時調(diào)整其輸出的控制電壓，保證Aro上的反向偏置電壓的穩(wěn)定性和精度。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種基于雙閉環(huán)的Aro反向偏置電壓控制電路，其特征在于包括:控制電路、反向偏置電壓提供電路、電流鏡像電路、反饋電路； 其中，所述反向偏置電壓提供電路的輸入端與所述控制電路的輸出端相連，所述反向偏置電壓提供電路根據(jù)加載于其輸入端的電壓輸出為雪崩光電二極管APD提供的反向偏置電壓； 所述電流鏡像電路的輸入端與所述反向偏置電壓提供電路的輸出端相連，所述電流鏡像電路的第一輸出端與所述Aro相連；所述反向偏置電壓提供電路輸出的電壓通過所述電流鏡像電路加載于所述APD，作為所述APD的反向偏置電壓； 反饋電路的輸入端與所述電流鏡像電路的第一輸出端相連，反饋電路的輸出端與所述控制電路的輸入端相連，用于將所述APD的反向偏置電壓反饋到所述控制電路； 所述控制電路根據(jù)反饋電路的輸出端輸出的電壓以及預先設定的電壓值，調(diào)整其輸出端輸出的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述反向偏置電壓提供電路包括:升壓電路；所述升壓電路的輸入端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述反向偏置電壓提供電路包括:串聯(lián)連接的升壓電路和倍壓電路；所述升壓電路的輸入端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸入端，所述倍壓電路的輸出端作為所述反向偏置電壓提供電路的輸出端，所述升壓電路的輸出端與所述倍壓電路的輸入端相連。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電路，其特征在于，所述反饋電路具體為分壓電路。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述反饋電路的分壓電路中具體包括:兩個串聯(lián)的電阻R3和R4,構(gòu)成第二串聯(lián)電路；第二串聯(lián)電路的一端接地，其另一端與所述電流鏡像電路的第一輸出端相連，作為反饋電路的輸入端；電阻R3和電阻R4的連接點作為反饋電路的輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述控制電路的輸出端具體為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換DAC輸出端口，其輸入端具體為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC輸入端口。
7.如權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述電流鏡像電路的第二輸出端與光功率檢測電路相連，所述光功率檢測電路用于根據(jù)所述電流鏡像電路輸出的電流檢測所述APD接收的光信號的功率。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述升壓電路包括升壓芯片。
9.如權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述電流鏡像電路包括電流鏡像芯片。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，應用于光模塊或光端機中。
專利摘要本實用新型公開了一種基于雙閉環(huán)的APD反向偏置電壓控制電路，所述電路包括控制電路、反向偏置電壓提供電路、電流鏡像電路、反饋電路；其中，反向偏置電壓提供電路的輸入端與控制電路相連，反向偏置電壓提供電路輸出的電壓通過電流鏡像電路加載于APD；反饋電路將APD的反向偏置電壓反饋到控制電路；控制電路根據(jù)反饋電路輸出的電壓調(diào)整其輸出到反向偏置電壓提供電路的電壓。由于采用第一反饋電路，形成完整的閉環(huán)控制，從而控制電路可以調(diào)整其輸出的控制電壓，保證APD上的反向偏置電壓的穩(wěn)定性和精度。
文檔編號G05F1/565GK203164814SQ201320043849
公開日2013年8月28日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者李煥功 申請人:青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司