本發(fā)明涉及光模塊保護(hù)電路領(lǐng)域，特別涉及一種反應(yīng)快速的光模塊APD保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
：光模塊在實(shí)際應(yīng)用中由于一些人為的誤操作或特殊測(cè)試的要求會(huì)出現(xiàn)大光入射接收端的情況，最常見(jiàn)的案例是光源不經(jīng)過(guò)任何衰減直接對(duì)接被測(cè)光模塊，這種情況對(duì)接收端為PIN管芯的一般不會(huì)有影響，但是對(duì)于APD(雪崩光電二極管)管芯，在大光對(duì)接的瞬間由于倍增效益將產(chǎn)生較大的光生電流，在幾十伏的高壓作用下通常幾個(gè)mA的電流就容易造成APD管芯的損壞，因此對(duì)接收端為APD的光模塊一般都有相應(yīng)的保護(hù)電路。APD大光下?lián)p毀的成因可以概括為瞬時(shí)過(guò)度的能量沖擊，這種沖擊包括過(guò)壓或過(guò)流，APD保護(hù)電路也是從快速的降壓和限流入手，目前已有的設(shè)計(jì)分為軟件控制和硬件控制兩種方案。目前已有的軟件控制方案：將大光入射造成的電壓或電流異常反饋到MCU，MCU檢測(cè)到異常后采取相應(yīng)的措施控制或者關(guān)閉DC-DC的輸出，圖1簡(jiǎn)單表示了這種控制過(guò)程。該方案存在以下問(wèn)題：反饋信號(hào)需經(jīng)過(guò)MCU檢測(cè)、判斷再輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)作用于DC-DC上生效也需要時(shí)間，所有延時(shí)加起來(lái)導(dǎo)致它的響應(yīng)速度比起硬件控制要慢的多，通常至少是ms級(jí)別，這對(duì)于要求快速響應(yīng)的APD保護(hù)可以說(shuō)是一項(xiàng)致命缺陷，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)完全失效，故實(shí)際應(yīng)用中很少使用。目前，使用得比較多的是硬件保護(hù)電路，如圖2是目前較為常見(jiàn)的硬件控制APD保護(hù)方案，邊框標(biāo)識(shí)部分電路起到保護(hù)作用。R4為串聯(lián)分壓電阻，在大光入射時(shí)電阻的分壓可以減小實(shí)際作用于APD的偏壓，偏壓的減小會(huì)降低增益從而同時(shí)達(dá)到減小電流的目的，入射光越大，分壓和限流的幅度也越大；并聯(lián)負(fù)載支路在大光入射時(shí)利用R3兩端的壓差開(kāi)啟高壓三極管PNP，R0一端連到PNP的C級(jí)，另一端的接法有兩種(對(duì)應(yīng)圖中的1和2連接)：一種是連到芯片的FB管腳，PNP開(kāi)啟時(shí)相當(dāng)于R0和R1并聯(lián)，利用芯片自身的反饋調(diào)節(jié)功能降低APD偏壓；另一種是連接到地，PNP開(kāi)啟時(shí)作為并接負(fù)載利用DC-DC輸出能力的限制降低APD偏壓并進(jìn)行分流。相較于軟件控制，這種硬件方案在響應(yīng)速度上具有明顯提高，0dBm入射光下的APD偏壓波形如圖3所示?？梢钥吹剑朔N方案可在百us級(jí)的時(shí)間內(nèi)將APD偏壓降至一個(gè)較小的穩(wěn)定值，起到了一定的保護(hù)作用，但實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射光增大到一定程度例如直接使用4dBm左右的光源對(duì)接時(shí)保護(hù)電路將失效，圖4為保護(hù)失效瞬間的APD偏壓波形。圖4可以直觀反映出現(xiàn)有硬件方案的幾個(gè)問(wèn)題：(1)響應(yīng)時(shí)間仍然不夠快，圖4顯示當(dāng)入射光過(guò)大時(shí)10us內(nèi)就有可能導(dǎo)致APD損壞，而此電路的響應(yīng)時(shí)間至少是在百us級(jí)。(2)保護(hù)強(qiáng)度不夠，這體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是保護(hù)效果與入射光大小有關(guān)，另一方面是APD偏壓穩(wěn)定后還保有一定幅度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)目前光模塊APD保護(hù)電路由于反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)不能對(duì)光模塊APD進(jìn)行有效的保護(hù)的不足，提供一種反應(yīng)更加快捷的光模塊APD保護(hù)電路。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的所采用的技術(shù)方案是：一種光模塊APD保護(hù)電路，光模塊APD連接在APD偏壓輸出端與地之間；保護(hù)電路連接在APD偏壓輸出端與地之間，構(gòu)成與APD并聯(lián)的降壓分流電路，包括檢測(cè)APD偏壓的快速檢測(cè)電路和由所述的快速檢測(cè)電路觸發(fā)的快速降壓分流電路；所述的快速降壓分流電路包括NMOS管Q1和電阻R；所述的NMOS管Q1的漏極通過(guò)電阻R接APD偏壓輸出端，源極接地，柵極接所述的快速檢測(cè)電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端。本發(fā)明采用了一個(gè)NMOS管做分流電路，一旦NMOS開(kāi)啟整個(gè)APD偏壓輸出路徑相當(dāng)于接了一個(gè)極小的負(fù)載到地，電壓會(huì)很快被拉倒接近0并保持，對(duì)APD進(jìn)行有效的保護(hù)。進(jìn)一步的，上述的光模塊APD保護(hù)電路中：所述的快速檢測(cè)電路包括PMOS管Q2、電阻R3、電阻R0；所述電阻R3連接在APD偏壓輸出端與APD陰極之間，所述的PMOS管Q2的源極和柵極分別與所述電阻R3兩端相連，所述的PMOS管Q2的漏極通過(guò)電阻R0接地，所述的PMOS管Q2的漏極形成觸發(fā)的快速降壓分流電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端。取合適的R3，當(dāng)入射光足夠大時(shí)，APD感應(yīng)的光生電流在R3的壓差將使PMOS首先開(kāi)啟(非飽和導(dǎo)通)，選取合適的R0可使其兩端有一個(gè)較大的壓差完全開(kāi)啟NMOS(飽和導(dǎo)通)，此時(shí)NMOS的內(nèi)阻很小可忽略，而R是一個(gè)較小的限流保護(hù)電阻，這樣一旦NMOS開(kāi)啟整個(gè)APD偏壓輸出路徑相當(dāng)于接了一個(gè)極小的負(fù)載到地，電壓會(huì)很快被拉倒接近0并保持，同時(shí)DC-DC輸出的電流將基本全部流經(jīng)NMOS。這個(gè)設(shè)計(jì)在原理上能保證只要入射光超過(guò)一定值，APD偏壓和電流都會(huì)以基本相同的速度快速降到0并保持。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，此方案能在低于1us的時(shí)間內(nèi)將APD偏壓減至0，圖6給出了4dBm光源對(duì)接時(shí)APD偏壓波形。進(jìn)一步的，上述的光模塊APD保護(hù)電路中：所述的快速檢測(cè)電路比較器U1、電阻R3、電阻R5、電阻R6、電阻R7和電阻R8；所述電阻R3連接在APD偏壓輸出端與APD陰極之間，電阻R5和電阻R6串連連接在APD偏壓輸出端與地之間并與R3一端相連，電阻R7和電阻R8串連連接在APD陰極與地之間并與R3另一端相連，電阻R5和電阻R6的連接點(diǎn)接比較器U1的同相輸入端，電阻R7和電阻R8的連接點(diǎn)接比較器U1的異相輸入端；比較器U1的輸出端形成觸發(fā)的快速降壓分流電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端。選取合適的R5、R6、R7、R8，使得正常情況下比較器輸出為低，當(dāng)入射光下增大到一定值時(shí)利用R3兩端的壓差使得比較器翻轉(zhuǎn)輸出為高開(kāi)啟NMOS，比較器輸出高電平可達(dá)到VCC(典型值3.3V)，能夠完全開(kāi)啟NMOS，而R是一個(gè)較小的限流保護(hù)電阻，這樣一旦NMOS開(kāi)啟整個(gè)APD偏壓輸出路徑相當(dāng)于接了一個(gè)極小的負(fù)載到地，電壓會(huì)很快被拉倒接近0并保持，同時(shí)DC-DC輸出的電流將基本全部流經(jīng)NMOS。進(jìn)一步的，上述的光模塊APD保護(hù)電路中：還包括電阻R2，所述的電阻R2串連在APD陰極上。R2是一個(gè)降壓限流電阻。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作較為詳細(xì)的描述。附圖說(shuō)明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中APD軟件保護(hù)原理圖。圖2是現(xiàn)有的APD硬件保護(hù)電路原理圖。圖3在0dbm時(shí)，圖2所示保護(hù)電路保護(hù)效果圖。圖4是在4dbm時(shí)圖2所示保護(hù)電路保護(hù)效果圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例1APD保護(hù)電路原理圖(一)。圖6是本發(fā)明實(shí)施例1APD保護(hù)電路原理圖(二)。圖7是在4dbm時(shí)圖5或圖6所示保護(hù)電路保護(hù)效果圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例2APD保護(hù)電路原理圖(一)。圖9是本發(fā)明實(shí)施例2APD保護(hù)電路原理圖(二)。具體實(shí)施方式實(shí)施例1，本實(shí)施例是一種PMOS+NMOSAPD保護(hù)電路，PMOS快速檢測(cè)部分檢測(cè)APD電流大小，當(dāng)輸入光過(guò)大時(shí)，流經(jīng)APD的電流大，APD電流應(yīng)該限值在1-2mA，如果超過(guò)這個(gè)范圍，則通過(guò)R0產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使NMOS飽和導(dǎo)通，對(duì)APD降壓分流，如圖5所示：快速檢測(cè)電路包括PMOS管Q2、電阻R3、電阻R0；電阻R3連接在APD偏壓輸出端與APD陰極之間，PMOS管Q2的源極和柵極分別與電阻R3兩端相連，PMOS管Q2的漏極通過(guò)電阻R0接地，PMOS管Q2的漏極形成觸發(fā)的快速降壓分流電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端。這里，連接在APD偏壓輸出端與APD陰極之間的電阻R3是一個(gè)取樣電阻，當(dāng)流經(jīng)電阻R3的電流I乘以其阻值大于PMOS管Q2開(kāi)啟的閾值電壓時(shí)，PMOS管Q2導(dǎo)通?？焖俳祲悍至麟娐钒∟MOS管Q1和電阻R；NMOS管Q1的漏極通過(guò)電阻R接APD偏壓輸出端，源極接地，柵極接快速檢測(cè)電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端。這里，電阻R3是一個(gè)APD電流取樣電阻，在電流正常時(shí)，電阻R3兩端的電壓比較小，不會(huì)使PMOS管Q2導(dǎo)通，當(dāng)入射光過(guò)大時(shí)，APD感應(yīng)的光生電流在R3的壓差將使PMOS首先開(kāi)啟(非飽和導(dǎo)通)，選取合適的R0可使其兩端有一個(gè)較大的壓差完全開(kāi)啟NMOS(飽和導(dǎo)通)，此時(shí)NMOS的內(nèi)阻很小可忽略，而R是一個(gè)較小的限流保護(hù)電阻，這樣一旦NMOS開(kāi)啟整個(gè)APD偏壓輸出路徑相當(dāng)于接了一個(gè)極小的負(fù)載到地，電壓會(huì)很快被拉倒接近0并保持，同時(shí)DC-DC輸出的電流將基本全部流經(jīng)NMOS。這個(gè)設(shè)計(jì)在原理上能保證只要入射光超過(guò)一定值，APD偏壓和電流都會(huì)以基本相同的速度快速降到0并保持。本實(shí)施例中，旁路NMOS導(dǎo)通電阻由R決定通常取幾十歐姆到上百歐姆量級(jí)，而即使在大光輸入下一般的APD等效電阻也在幾千歐姆量級(jí)，因此，NMOS的旁路可以對(duì)APD進(jìn)行有效的保護(hù)。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，此方案能在低于1us的時(shí)間內(nèi)將APD偏壓減至0，圖7給出了4dBm光源對(duì)接時(shí)APD偏壓波形。本實(shí)施例中，在APD的陰極也可以設(shè)置一個(gè)限流電阻R2，對(duì)APD進(jìn)行更加進(jìn)一步保護(hù)。本實(shí)施例中，為了對(duì)APD進(jìn)行有交的保護(hù)，一量APD的電流大于1到2mA后立即進(jìn)行降壓分流，本實(shí)施例中，電阻R3的阻值范圍在1K至2K之間，電阻R0的阻值也相當(dāng)小在300-500歐姆之間就可以了，而限流電阻R則更小，取50-100歐姆即可，PMOS管Q2和NMOS管Q1選擇普通的高壓MOS管即可，如果APD的電流接近2mA，則PMOS管Q2的G-S極電壓將達(dá)到2至4V，PMOS管Q2將導(dǎo)通，PMOS管的D-G電壓將下降到接近零，這樣，PMOS管Q2的漏極D處的電壓將達(dá)到2至4V，加入到NMOS管的柵極G上，使NMOS管Q1導(dǎo)通，對(duì)APD進(jìn)行膠的降壓分流。實(shí)施例2如圖8所示，與實(shí)施例一相比，本實(shí)施例是一種快速比較器+NMOSAPD保護(hù)電路，快速降壓分流電路與實(shí)施例一一樣，而快速檢測(cè)電路是采用一個(gè)快速比較器，通過(guò)取樣電阻R3兩端電壓變化，使比較器翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生觸發(fā)NMOS快速降壓分流電路分流，對(duì)APD進(jìn)行有效保護(hù)。本實(shí)施例中，快速檢測(cè)電路比較器U1、電阻R3、電阻R5、電阻R6、電阻R7和電阻R8；電阻R3連接在APD偏壓輸出端與APD陰極之間，電阻R5和電阻R6串連連接在APD偏壓輸出端與地之間，電阻R7和電阻R8串連連接在APD陰極與地之間，電阻R5和電阻R6的連接點(diǎn)接比較器U1的同相輸入端，電阻R7和電阻R8的連接點(diǎn)接比較器U1的異相輸入端；比較器U1的輸出端形成觸發(fā)的快速降壓分流電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端?？焖俳祲悍至麟娐愤€是一樣，包括NMOS管Q1和電阻R；NMOS管Q1的漏極通過(guò)電阻R接APD偏壓輸出端，源極接地，柵極接所述的快速檢測(cè)電路的觸發(fā)信號(hào)輸出端。本實(shí)施例中，電阻R5和電阻R6串連接入電阻R3左端和地之間，也就是在電阻R3的上游接地，電阻R7和電阻R8串連接入電阻R3右端和地之間，也就是在電阻R3的下游接地，分別引出這兩組電阻的分壓信號(hào)至快速比較器輸入端。在后級(jí)加入高壓NMOS并以比較器輸出端作為開(kāi)關(guān)電壓，串接一個(gè)限流保護(hù)電阻R。本實(shí)施例原理基本與實(shí)施例一類似，不同之處在于NMOS驅(qū)動(dòng)部分的實(shí)現(xiàn)方式。選取合適的電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8，使得正常情況下比較器輸出為低，當(dāng)入射光下增大到一定值時(shí)利用電阻R3兩端的壓差使得比較器翻轉(zhuǎn)輸出為高開(kāi)啟NMOS，比較器輸出高電平可達(dá)到VCC(典型值3.3V)，能夠完全開(kāi)啟NMOS，保護(hù)效果與實(shí)施例一相同。本實(shí)施例中，為了將APD電流限制在1～2mA之間，取樣電阻R3可以取5K-10K，限流電阻R的取值范圍是50-100歐姆，相對(duì)取樣電阻R3限流電阻R阻值較小。另外電阻R5、電阻R6、電阻R7和電阻一般是幾十K量級(jí)以上，滿足下式：式中：R3、R5、R6、R7、R8分別是電阻R3、電阻R5、電阻R6和電阻R7的阻值，VAPD是APD的偏壓，是設(shè)定的APD限流值，U1+MAX和U1-MAX分別是是比較器同相端輸入限壓值和比較器反向端輸入限壓值。本實(shí)施例1和實(shí)施例2利用MOSFET開(kāi)啟時(shí)間短和導(dǎo)通內(nèi)阻小的特點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，與現(xiàn)有的硬件保護(hù)相比具有響應(yīng)更快、保護(hù)作用更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比如表1：表1APD保護(hù)新老硬件方案對(duì)比設(shè)計(jì)方案APD偏壓下降時(shí)間APD偏壓下降程度保護(hù)效果現(xiàn)有技術(shù)100us穩(wěn)定在一定幅度入射光過(guò)大失效本實(shí)施例1、21us降為0與入射光大小無(wú)關(guān)表1的對(duì)比表明新方案的保護(hù)性能有了大幅度提高，最大程度保證了APD使用的安全性。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3