CN102855889A

CN102855889A - 具有良好稳定性的激光二极管控制装置

Info

Publication number: CN102855889A
Application number: CN2011101828909A
Authority: CN
Inventors: 李灯辉; 李仕成
Original assignee: JINGZHI SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: JINGZHI SEMICONDUCTOR CO Ltd; Amtek Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: CN102855889B

Abstract

一种共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，此激光二极管控制装置包括电压增益控制电路、激光二极管控制电路及光功率检测放大电路，其中激光二极管控制装置的特征在于激光二极管控制电路包括：电压检测电路，其输入端与一个检测偏压连接，其另一输入端与一个参考电压连接并提供输出电压；软启动电路，是由多颗晶体管电流镜电路所形成，此电流镜电路的负载端与多个激光二极管驱动电路连接，而电流镜电路的参考电流端与一个电阻的一端连接，而电阻的另一端与一个晶体管的射极端连接，且此一晶体管的基极端再与一个电容及输出电压连接。

Description

具有良好稳定性的激光二极管控制装置

技术领域

本发明是有关于一种激光二极管控制装置，特别是有关于具有一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，由激光二极控制装置中的激光二极管控制电路、内建软启动电路及激光二极管驱动电路的设计，可以提高稳定的电流增益去驱动激光二极管。

背景技术

随着计算机技术的进步以及网络的普及化，光驱已成为日常生活的必须品，举例来说，使用者由连结个人计算机与网络便可以存取大量的信息，然后再将所要使用的资料下载并存入至一张光盘片中。此外，要将资料存入至一张光盘片或是要从光盘片将资料读出时，就必须由光驱(CD-RW)来执行。

光驱乃是应用光学原理存取资料，亦即进行读取和写入的动作必须由光学读写头(Optical pick-up head)来执行。一个光学读写头通常包含了至少一个激光二极管(Laser Diode；LD)来读取资料或一个激光二极管来写入资料。在执行读取或写入时，光驱如何稳定控制激光二极管的输出功率是一个很重要的指针值。

请参考图1，其为一种已知技术中自动功率控制的激光二极管控制装置的是统方块图。如图1所示，激光二极管控制装置包括一个电压增益控制电路20，其可输出一个电压并转换成一电流Ib输出至激光二极管驱动电路30中，再经由激光二极管驱动电路30输出一个电流Id来启动激光二极管发光50；当激光二极管50发光后，再由光检测二极管(PhotoDetector；PD)60及光功率检测放大电路40将激光二极管50的输出功率转换成一个反馈电压(V_fb)，并将此反馈电压(V_fb)送至电压比较电路20的另一输入端与参考电压(V_S)作比较，由此修订或调整输出电流I_b，以进一步调整激光二极管驱动电路30的输出功率。

而在实际的自动功率控制(Automatic Power Control；APC)的激光二极管控制装置中，均会使用各自的CD、DVD或是蓝光DVD的激光二极管驱动电路来形成自动功率控制回路；其中，激光二极管驱动电路30则是采用外挂的晶体管(Q)来达到控制激光二极管50发光所需的电流大小。此外，为避免启动激光二极管驱动电路30的瞬间有大电流流过激光二极管50，造成激光二极管50烧毁的情形发生，目前亦有采用外挂电容及晶体管构成启动电路32来抑制大电流发生，如图1B所示；其中图1B为一相应图1A的实际电路示意图。再者，为符合不同的光读写头读盘性状况，原外挂晶体管(Q)的增益(gain-hfe)需根据光读写头型式的不同，而采用不同等级的晶体管及其增益，同时此增益值可以是小到100倍或大到300倍，造成制造上的不便，且随着晶体管老化，增益改变，造成读写不佳，严重更有烧读写头的风险。

发明内容

根据前述在激光二极管控制装置中的一些现象，本发明的一主要目的在提供一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，由激光二极控制装置中的激光二极管控制电路、软启动电路及激光二极管驱动电路的设计，可以提高稳定的电流增益去驱动激光二极管。

本发明的另一主要目的在提供一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，由能够提供够稳定线性电流增益的软启动电路的设计，可以避免读盘不佳及烧读写头的问题，故可增加激光二极管控制装置的可靠度，以及激光二极管控制装置中激光二极管的寿命。

本发明还有一主要目的在提供一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，由软启动电路及激光二极管选择控制电路的设计，可以将不同的激光二极管控制电路制造在同一芯片中，除了可节省元件且精准控制制程得到较佳的电流增益稳定性外，还可进一步解决外挂晶体管不稳定的增益问题；同时稳定的电流增益经是统DSP控制亦可得到较稳定的输出电流，可适用于不同厂牌读写头，不须挑选不同等级或不同增益的晶体管，来达到符合兼容性的需求，满足量产的便利。

根据上述的目的，本发明首先提供一种激光二极管控制电路，包括：一个电压检测电路，其输入端与一个检测偏压连接，其另一输入端与一个参考电压连接，并将检测偏压与参考电压比较后，提供一输出电压；一个软启动电路，是由一个多颗晶体管电流镜电路所形成，此电流镜电路的负载端与多个激光二极管驱动电路连接，而电流镜电路的参考电流端与一个电阻的一端连接，而电阻的另一端与一个晶体管的射极端连接，且此一晶体管的基极端与一电容及输出电压连接；及一个选择电路，是由多个晶体管元件所形成的开关所组成，此多个晶体管元件与多个激光二极管驱动电路连接，可由一个控制信号来控制多个晶体管元件其中一个导通，以使与导通的晶体管元件相连接的激光二极管驱动电路提供一个驱动激光二极管的电流。

本发明接着提供一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，此激光二极管控制装置包括一个电压增益控制电路，其输出端与一个激光二极管控制电路连接，而激光二极管控制电路的输出端与多个不同激光二极管驱动电路连接，一个光功率检测放大电路，可将一反馈电压送至电压增益控制电路的一输入端，其中该激光二极管控制装置的特征在于激光二极管控制电路，包括：一个电压检测电路，其一输入端与一个检测偏压连接，其另一输入端与一个参考电压连接，并将检测偏压与参考电压比较后，提供一输出电压；一个软启动电路，是由一个多颗晶体管电流镜电路所形成，此电流镜电路的负载端与多个激光二极管驱动电路连接，而电流镜电路的参考电流端与一个电阻的一端连接，而电阻的另一端与一个晶体管的射极端连接，且此一晶体管的基极端与一电容及输出电压连接。

本发明接着提供一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，此激光二极管控制装置包括一个电压增益控制电路，其输出端与一个激光二极管控制电路连接，而激光二极管控制电路的输出端与多个不同激光二极管驱动电路连接，一个光功率检测放大电路，可将一反馈电压送至电压增益控制电路的一输入端，其中该激光二极管控制装置的特征在于激光二极管控制电路，包括：一个电压检测电路，其输入端与一个检测偏压连接，其另一输入端与一个参考电压连接，并将检测偏压与参考电压比较后，提供一输出电压；一个软启动电路，是由一个多颗晶体管电流镜电路所形成，此电流镜电路的负载端与多个激光二极管驱动电路连接，而电流镜电路的参考电流端与一个电阻的一端连接，而电阻的另一端与一个晶体管的射极端连接，且此一晶体管的基极端与一电容及输出电压连接；及一个选择电路，是由多个晶体管元件所形成的开关所组成，此多个晶体管元件与多个激光二极管驱动电路连接，可由一个控制信号来控制多个晶体管元件其中一个导通，以使与导通的晶体管元件相连接的激光二极管驱动电路提供一个驱动激光二极管的电流。

附图说明

由于本发明是揭露一种激光二极管控制装置，特别是有关于具有一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，由激光二极控制装置中的激光二极管控制电路、内建的软启动电路及激光二极管驱动电路的设计。然由于本发明中所提及的激光二极管控制装置中的部份电路是与先前技术所使用者相同，例如：微控制器、电压增益控制电路、光检测放大电路、光检测二极管及激光二极管等；故对这些相同电路的详细电路并未表示于附图中。此外，下述内文中的附图，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本发明特征有关的示意图，其中：

图1A为已知技术中的自动功率控制方块示意图。

图1B为相应图1A的电路示意图。

图2为本发明的激光二极管控制装置实施例的功能方块示意图。

图3为本发明相应图2的激光二极管控制装置的电路示意图。

图4为本发明的启动电流与激光二极管的驱动电流变化示意图。

具体实施方式

首先，请参考图2，是本发明的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置的功能方块示意图。如图2所示，激光二极管控制装置包括一个电压增益控制电路100，其可输出一个电压并转换成一电流I_b输出至一个激光二极管控制电路200中，再由激光二极管控制电路200的输出端与多个不同激光二极管驱动电路(例如：激光二极管驱动电路310及激光二极管驱动电路320，是分别用来驱动不同的激光二极管311/321)所组成的驱动电路300连接，再经由激光二极管控制电路200中的选择信号(未显示于图2中；将于图3中显示并说明)来选择驱动电路300中的某一个激光二极管驱动电路(例如：选择激光二极管驱动电路310)并使其输出一个电流I_LD来启动与其连接的激光二极管(例如：激光二极管311)；当动激光二极管311发光后，再由光检测二极管410及光功率检测放大电路400将激光二极管311的输出功率转换成一个反馈电压(V_fb)，并将此反馈电压(V_fb)送至电压增益控制电路100的另一输入端，由输入至电压增益控制电路100中的参考电压(V_S)及反馈电压(V_fb)比较结果来修订或调整输出电流I_b，以进一步调整激光二极管驱动电路310的输出功率。

接着，请参考图3，是本发明的激光二极管控制装置的电路示意图。如图3所示，激光二极管控制电路200是由一个电压检测电路210、一个软启动电路220及一个选择电路230所组成；其中，电压检测电路210是由一个比较器2110所形成；比较器2110的第一输入端与一检测偏压(例如：Vcc＝3.3V)连接，而其第二输入端与一参考电压(例如：Vref＝1.25V)连接；经过比较器2110比较检测偏压及参考电压后，输出一个电压至软启动电路220。在本发明的实施例中，软启动电路220是由一定电流源2220、一个电容2210及多颗晶体管电流镜(Multi-Transistor currentmirror)电路2230所形成，此电流镜电路2230的负载是与多个激光二极管驱动电路连接；而在本发明的实施例中，负载是分别与驱动电路300中的多个激光二极管驱动电路310/320连接。而电流镜电路2230的电流I_Ra则会流经一个电阻R_a后，与一个PNP晶体管Q_C连接；其中，电阻R_a后的一端是与PNP晶体管Q_C的射极端连接。同时，PNP晶体管Q_C的基极端(base)会受比较器2110的输出电压控制；因此，在比较器2110的输出端的实际电路上，是会经过一个NPN晶体管(未显示于图中)与PNP晶体管Q_C的基极端(base)连接；由于此一NPN晶体管可以形成在比较器2110中，故未显示于图3中。再者，PNP晶体管Q_C的基极端(base)还与定电流源2220及电容(C_dt)2210并联连接。当上述的电压检测电路210与软启动电路220及作为负载的多个激光二极管驱动电路310/320连接完成后，即可由对电容2210上的电压V_C的控制来决定驱动激光二极管的电流I_LD。此外，选择电路230是由多个晶体管元件所形成的开关所组成，而这多个晶体管元件是各别与多个激光二极管驱动电路310/320连接，故可由一控制信号(例如：一电压值)来控制多个晶体管元件其中一个导通，以使与导通的晶体管元件相连接的激光二极管驱动电路提供一个驱动激光二极管的电流；而选择电路230的具体实施将说明于后。

此外，在本发明的软启动电路220的另一实施例，其可以不使用定电流2220，而改以一个电阻来取代，唯造成输出电流的线性度会稍有不同不同，然而其同样可以达到软启动的功能；对此本发明不再详细赘述的。

接着，请先参考图4，是本发明的启动电流与激光二极管的驱动电流变化示意图。如图4所示，当在T0-T1期间时，提供的参考电压(V_ref)大于检测偏压(V_CC)，则电压检测电路210的输出端会使PNP晶体管Q_C导通(on)，并且使得电容C_dt会放电至0V；此时，流经电阻R_a的电流I_Ra具有最大电流值；其中，

I_Ra＝(V_DD-V_C-2V_BE)/R_a(μA)

而当电流镜的偏压V_DD＝5V时，则与电流镜的两个晶体管会工作在饱和区(即V_CEsat＝0.2V)，故激光二极管驱动电路310/320与电流镜的晶体管连接的电压为4.8V；此时，很明显地，在0-T1期间，作为负载的驱动电路300中的每一个激光二极管驱动电路310/320都是关闭的，故没有电流会通过激光二极管，因此，激光二极管是关闭的。

当在T1-T2期间时，提供的参考电压(V_ref)小于偏压(V_CC)，此时，定电流源2220会对电容2210进行充电，使得流经电阻R_a的电流I_Ra会随着电容2210充电电压V_C变大而逐渐变小；当在T2时，电容2210上的电压V_C被充电至V_C＝1.75V-2V时，则此时的电流I_Ra改变至与I_b相同(即I_Ra＝I_b)；其中，

V_C＝V_DD-2V_BE-(I_b*R_a)

当电容2210上的电压被充电至V_C＝1.75V-2V后，电流镜的两个晶体管会改变至操作区；此时，作为负载的驱动电路300中的激光二极管驱动电路310或320开始导通(激光二极管驱动电路310或320的导通，取决于选择控制电路)，并开始有电流ILD流至激光二极管；随着电容2210上的充电时间增加，例如：充电至T3时；则会使得电流I_Ra逐渐改变至0，同时，流至激光二极管电流I_LD会逐渐增加至与I_b相同(即I_LD＝I_b)，此时，激光二极管电流I_LD经过激光二极管驱动电路310上的多级晶体管的增益放大后；例如：在本实施例中，多级晶体管的增益为N₁*N₂＝500时，则激光二极管电流I_LD可以达到毫安(mA)；其中，

I_LD＝I_b*N₁*N₂(mA)

故可使激光二极管开始发光。在此要强调，本发明的激光二极管驱动电路310/320中的多级晶体管设计并不限制于图3所示；只要激光二极管驱动电路310/320能够提供稳定的电流放大增益即可，对此，本发明并不加以限制；而在本发明的实施例中，其是由两个不同的电流镜电路连接所形成，使得多级晶体管的增益为N₁*N₂。

再接着，请再参考图3。选择电路230是由一对NPN晶体管Q₁/Q₂及一个反相电路2310所组成，其中，每一个NPN晶体管Q₁/Q₂的集极端(Collector)分别与软启动电路220的多个输出端连接；而每一个NPN晶体管Q₁/Q₂的射极端(Emitter)共同与一个电阻R_C连接；而NPN晶体管Q₁的基极端(Base)与一个激光二极管选择控制电压连接，另一个NPN晶体管Q₂的基极端(Base)则经过一个反相电路2310与一个激光二极管选择控制电压连接。当在T2-T3期间，于激光二极管选择控制电压为高电压时(例如：3.3V)，则NPN晶体管Q₁会导通，使得电流I_b经由NPN晶体管Q₁流过电阻R_C；此时，激光二极管311开始发光。反之，当激光二极管选择控制电压为低电压时(例如：0V)，则NPN晶体管Q₂会导通，使得电流I_b经由NPN晶体管Q₂流过电阻R_C；此时，激光二极管321开始发光。

很明显地，本发明由激光二极管控制电路200及驱动电路300的设计，使得激光二极管电流I_LD可以随着软启动电路220中的电流镜的电流改变而以线性方式增加，故可以提高稳定的电流增益去驱动激光二极管311/321；同时，由提供稳定的线性电流增益，可以避免光驱读盘不佳或大电流烧毁读写头中的激光二极管311/321等问题，故可增加激光二极管控制装置的可靠度以及激光二极管的寿命。

当激光二极管311或是激光二极管321发光后，其可由光检测二极管410及光功率检测放大电路400将激光二极管311或是激光二极管321的输出功率转换成一个反馈电压(V_fb)，并将此反馈电压(V_fb)送至电压增益控制电路100的一输入端。接着，当一个控制装置(例如：一个数字处理装置所形成的微控制器)提供一个电压V_S至电压增益控制电路100的另一输入端后，电压增益控制电路100即可将V_S电压与反馈电压(V_fb)产生输出电压V_a，因此可以由电阻R_C来决定出电流I_b，其中电流I_b为

I_b＝(3.3V-V_BE-Q1-V_a)/R_C

故可由此修订或调整输出电流I_b，以进一步调整激光二极管驱动电路的输出功率。

在此要强调，本发明的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，可将激光二极管控制电路200(其包括电压检测电路210、一个软启动电路220及一个选择电路230)、多个不同激光二极管驱动电路(例如：激光二极管驱动电路310及激光二极管驱动电路320)所组成的驱动电路300及电压增益控制电路100制造在同一芯片中，精准控制制程得到较佳的电流增益稳定性，解决外挂晶体管不稳定的增益问题；同时稳定的电流增益经是统DSP控制亦可得到较稳定的输出电流，可适用于不同厂牌读写头，不须挑选不同等级或不同增益的晶体管，来达到符合兼容性的需求，满足量产的便利。

再者，本发明的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置中的激光二极管驱动电路310及激光二极管驱动电路320可分别驱动CD或DVD光学读写头中的激光二极管；然而，本发明的激光二极管控制装置还可以进一步再增加至少一个激光二极管驱动电路(未显示于图中)，例如：增加一个蓝光DVD的激光二极管所组成的光学读写头；换句话说，本发明的激光二极管控制装置所形成的芯片可以控制多个不同的光学读写头；本发明对此并不加以限制。

如前所述，本发明已详细描述了激光二极管控制装置的较佳实施例，其主要目的为阐明本发明的实施例，以使得熟悉此技术领域者得以实施，其无意限定本发明的精确应用形式。故熟悉此技术领域者由上述的教导、建议或由本发明的实施例学习而作某种程度修改是可能的。因此，本发明的技术思想将由权利要求范围及其均等来决定之。

Claims

1.一种激光二极管控制电路，包括：

一电压检测电路，其一输入端与一检测偏压连接，其另一输入端与一参考电压连接，并将该检测偏压与该参考电压比较后，提供一输出电压；

一软启动电路，由一多颗晶体管电流镜电路所形成，该电流镜电路的负载端与多个激光二极管驱动电路连接，而该电流镜电路的参考电流端与一电阻的一端连接，该电阻的另一端与一第一晶体管的射极端连接，且该第一晶体管的基极端与一电容及该输出电压连接；及

一选择电路，由多个晶体管元件所形成的开关组成，该多个晶体管元件与多个激光二极管驱动电路连接，由一控制信号来控制该多个晶体管元件其中一个导通，以使与该导通的晶体管元件相连接的激光二极管驱动电路提供一个驱动激光二极管的电流。

2.根据权利要求1所述的激光二极管控制电路，其中该软启动电路中的该第一晶体管的基极端与一个定电流源连接。

3.根据权利要求1所述的激光二极管控制电路，其中该多颗晶体管电流镜电路的负载端为两晶体管所组成，该两晶体管分别与两个激光二极管驱动电路连接。

4.根据权利要求3所述的激光二极管控制电路，其中该选择电路由一第二晶体管、一第三晶体管及一个反相电路所组成，该第二晶体管及该第三晶体管的集极端分别与该多颗晶体管电流镜电路的负载端的该两晶体管连接，而该第三晶体管的基极端与该反相电路连接。

5.一种可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，该激光二极管控制装置包括一个电压增益控制电路，其输出端与一激光二极管控制电路连接，该激光二极管控制电路的输出端与多个不同激光二极管驱动电路连接，一光功率检测放大电路，将一反馈电压送至电压增益控制电路的一输入端，其中该激光二极管控制装置的特征在于：

该激光二极管控制电路，包括：

一电压检测电路，其一输入端与一检测偏压连接，其另一输入端与一参考电压连接，并将该偏压与该参考电压比较后，提供一输出电压；

一软启动电路，由一多颗晶体管电流镜电路所形成，该电流镜电路的负载端与多个激光二极管驱动电路连接，而该电流镜电路的参考电流端与一电阻的一端连接，该电阻的另一端与一第一晶体管的射极端连接，且该第一晶体管的基极端与一电容及该输出电压连接。

6.根据权利要求5所述的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，其中该软启动电路中的该第一晶体管的基极端与一个定电流源连接。

7.根据权利要求5所述的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，其中该多颗晶体管电流镜电路的负载端为两晶体管所组成，该两晶体管分别与两个激光二极管驱动电路连接。

8.根据权利要求5所述的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，其进一步包括一选择电路，由多个晶体管元件所形成的开关所组成，该多个晶体管元件与多个激光二极管驱动电路连接，由一控制信号来控制该多个晶体管元件其中一个导通，以使与该导通的晶体管元件相连接的激光二极管驱动电路提供一个驱动激光二极管的电流。

9.根据权利要求7所述的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，其进一步包括一选择电路，该选择电路由一第二晶体管、一第三晶体管及一个反相电路所组成，该第二晶体管及该第三晶体管的集极端分别与该多颗晶体管电流镜电路的负载端的该两晶体管连接，而该第三晶体管的基极端与该反相电路连接。

10.根据权利要求8所述的可共享自动功率控制电路的激光二极管控制装置，其中该激光二极管控制装置为一芯片。