CN107342741B - Apd偏压控制电路、光电接收电路以及偏压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了APD偏压控制电路、光电接收电路以及偏压控制方法，其中的APD偏压控制电路包括：一个偏压调节单元以及多个偏压控制器；偏压调节单元用于根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号；多个偏压控制器连接多个APD，用于接收流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号，根据电源模块的当前电源电压、光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压。本发明提供的技术方案具有使用的电路元件少、电路总功耗低及电路元件占用的布线空间小等特点，在实现了多通道低功耗的APD偏压控制的同时，满足了电路小型化要求。

Description

APD偏压控制电路、光电接收电路以及偏压控制方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种APD偏压控制电路、光电接收电路以及APD偏压控制方法。

背景技术

APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)由于其具有较高的灵敏度、较快的响应速度以及较宽的频带带宽等特点，而在光探测等技术中得到了广泛的应用。

在APD工作过程中，通常需要利用APD偏压控制电路来控制向APD施加的反向偏置电压，这样，在APD接收到光线时，APD会在反向偏置电压的作用下产生电子-空穴对，该电子-空穴对会被外加电场收集并转化为电流，且被转化的电流强度通常与光线的强度成正比。另外，APD偏压控制电路还可以为APD提供过载保护。

发明人在实现本发明过程中发现，目前已经提出了基于多个APD的多通道高速光电接收电路，如IEEE802.3ba-2010中揭示了IEEE 100G ER4 40km的多通道光传输链路；由于现有的APD偏压控制电路并不能够为多个APD同时提供偏置电压以及过载保护，因此，在需要为多通道光电接收电路中的多个APD同时提供偏置电压以及过载保护时，往往需要根据各APD的特性参数(如反向击穿电压Vbr)为每一个APD分别配置一套APD偏压控制电路，这不仅会在较大程度上增大光电接收电路的总功耗，而且还会由于光电接收电路所需要的电路元件数量增多以及电路元件占用布线空间大等因素而使得光电接收电路不能满足电路小型化要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种APD偏压控制电路、光电接收电路以及偏压控制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种APD偏压控制电路，且所述电路主要包括：一个偏压调节单元以及多个偏压控制器；所述偏压调节单元与各偏压控制器以及电源模块分别连接，用于根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，并向电源模块发送所述电源电压控制信号，向各偏压控制器分别发送相应APD的偏压控制信号；所述多个偏压控制器连接多个APD，且各偏压控制器还分别与电源模块连接，所述偏压控制器用于根据流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息，并根据电源模块的当前电源电压、接收到的光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压，向与其连接的APD输出所述负载电压。

根据本发明的另一个方面，提供一种光电接收电路，且所述光电接收电路主要包括：多个APD、多个光电流检测单元、上述APD偏压控制电路以及电源模块；各APD分别与相应的光电流检测单元以及APD偏压控制电路连接；光电流检测单元，用于检测与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号；APD偏压控制电路与各APD、各光电流检测单元以及电源模块分别连接，用于根据各APD的过压状态以及欠压状态产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，并根据电源模块的当前电源电压、各APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号以及所述各APD的偏压控制信号产生各APD的负载电压，并向各APD分别输出相应的负载电压。

根据本发明的再一个方面，提供一种APD偏压控制方法，且所述方法主要包括：各偏压控制器根据流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息；偏压调节单元根据各偏压控制器分别传输来的过压状态指示信息或者欠压状态指示信息产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号；偏压调节单元向电源模块发送所述电源电压控制信号，并向各偏压控制器分别发送相应APD的偏压控制信号；各偏压控制器分别根据其接收到的光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压，并向与其连接的APD输出所述负载电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过设置一个偏压调节单元以及与多个APD分别连接的多个偏压控制器，并使该偏压调节单元可以通过各个偏压控制器获得针对所有APD的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息，这样，偏压调节单元可以根据获得的指示信息判断出电源模块当前是否出现欠压现象或者过压现象，从而偏压调节单元通过产生相应的电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，不仅可以对APD进行欠压以及过压保护，而且还可以使各偏压控制器为APD提供的负载电压随着偏压控制信号以及电源模块的电源电压的变化而发生相应的变化，使各APD的偏置电压保持稳定；由此可知，本发明提供的技术方案在没有为每一个APD分别配置一套APD偏压控制电路的情况下，实现了对所有APD的偏压控制，并为各APD分别提供了欠压保护以及过压保护，从而本发明提供的技术方案具有使用的电路元件少、电路总功耗低以及电路元件占用的布线空间小等特点，在实现了多通道低功耗的APD偏压控制的同时，满足了电路小型化要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例一的APD偏压控制电路示意图；

图2为本发明实施例一的偏压控制器的偏压调节单元模拟电路示意图；

图3为本发明实施例一的偏压控制器的偏压调节单元数字电路示意图；

图4为本发明实施例一的数字信号处理芯片所执行的逻辑操作流程图；

图5为本发明实施例一的APD偏压控制电路中的偏压控制器结构示意图；

图6为本发明实施例一的偏置电压产生单元一个具体电路的示意图；

图7为本发明实施例一的偏置电压产生单元另一个具体电路的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是，其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的执行顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是，本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

应当理解的是，当一个单元被称为“连接”或者“耦合”到另一个单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。与此相对，当一个单元被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一单元时，则不存在中间单元。应当按照类似的方式来解释被用于描述单元之间的关系的其他词语(例如“处于...之间”相比于“直接处于...之间”，“与...邻近”相比于“与...直接邻近”等等)。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例一、APD偏压控制电路。

本实施例的APD偏压控制电路主要适用于多通道光电接收电路，即本实施例的APD偏压控制电路可以同时为多通道光电接收电路中的各APD提供稳定的负载电压(即加载于APD上的电压)。本实施例的APD偏压控制电路的主要结构以及各元件所执行的操作等如图1-7所示。

下面参照具体实施例对APD偏压控制电路进行说明。

图1中，本实施例的APD偏压控制电路主要包括：一个偏压调节单元(即图1中的多通道低功耗偏压调节单元)以及n个偏压控制器(即图1中的光电流反馈型偏压控制器)，其中的n为大于1的整数。图1中示出了第1个偏压控制器和第n个偏压控制器，且第1个偏压控制器和第n个偏压控制器之间还可以有一个或者多个偏压控制器。

偏压调节单元与每一个偏压控制器分别连接，如偏压调节单元通过n个HighV0输入端(在n＝4时，即图1中的HighV01-4)与n个偏压控制器的HighV0输出端分别连接，偏压调节单元通过n个LowV0输入端(在n＝4时，即图1中的LowV01-4)与n个偏压控制器的LowV0输出端分别连接，且偏压调节单元通过n个Vset_out输出端(即图1中的Vset_out1-n)与n个偏压控制器的Vset输入端分别连接，从而偏压调节单元可以通过其n个HighV0输入端接收到各偏压控制器分别传输来的过压状态指示信息，通过其n个LowV0输入端接收到各偏压控制器分别传输来的欠压状态指示信息，通过其n个Vset_out输出端向各偏压控制器分别传输偏压控制信号Vset。

偏压调节单元还与电源模块连接，如偏压调节单元通过V0set_out输出端(即图1中的V0set_out)与电源模块(即图1中的可调电源)连接，从而偏压调节单元可以通过其V0set_out输出端向电源模块发送电源电压控制信号V0set。本实施例中的电源模块为电源电压可动态调节的电源模块，即电源模块的输出电压可动态调节。

另外，偏压调节单元还可以通过其V0set_in输入端(即图1中的V0set_in)接收到电源模块的电源电压初始设定值(即V0的初始值，即图1中的初始V0设定)，且偏压调节单元还可以通过其n个Vset_in输入端(即图1中的Vset_in1-n)接收到n个APD的偏压初始设定值(即图1中的初始偏压设定1-n)。还有，偏压调节单元还可以通过其输入端口接收到温度传感器传输来的温度采集信号，该温度采集信号是通过对APD的工作环境温度进行采集操作而形成的。

本实施例的偏压调节单元主要用于根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息(即HighV0)以及欠压状态指示信息(即LowV0)产生电源电压控制信号V0set和各APD的偏压控制信号Vset，偏压调节单元向电源模块发送该电源电压控制信号V0set，并向各偏压控制器分别发送相应APD的偏压控制信号Vset。偏压调节单元接收到的偏压控制器传输来的过压状态指示信息可以表示出与该偏压控制器连接的APD处于过压状态，偏压调节单元接收到的偏压控制器传输来的欠压状态指示信息可以表示出与该偏压控制器连接的APD处于欠压状态。

另外，在偏压调节单元接收到温度采集信号的情况下，偏压调节单元还用于根据接收到的温度采集信号对各APD的偏置电压进行温度补偿处理，即偏压调节单元在形成各APD的偏压控制信号Vset的过程中，考虑到了温度采集信号，并将温度采集信号作为形成各APD的偏压控制信号的一个参数。偏压调节单元可以采用根据接收到的温度采集信号进行查表等方式来实现偏置电压的温度补偿，本实施例不限制偏压调节单元进行温度补偿的具体实现方式。

作为示例，偏压调节单元可以根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息判断出电源模块的电源电压状态，如偏压调节单元在根据当前接收到的所有过压状态指示信息判断出所有APD均处于过压状态时，确定电源模块的电源电压处于过压状态，而在根据当前接收到的所有欠压状态指示信息判断出任一APD处于欠压状态时，确定电源模块的电源电压处于欠压状态，否则，偏压调节单元确定电源模块的电源电压处于正常状态。

偏压调节单元在确定出电源模块的电源电压处于过压状态时，通常会控制电源模块降低其电源电压，如通过增大当前电源电压压降参数的方式来使电源模块降低其电源电压；而偏压调节单元在确定出电源模块的电源电压处于欠压状态时，通常会控制电源模块提高其电源电压，如通过降低当前电源电压压降参数ΔVc的方式来使电源模块提高其电源电压，而电源模块可以通过接入补充电源或者切换至备用电源等方式来提高电源模块的电源电压。

作为示例，偏压调节单元计算产生电源电压控制信号V0set的一个具体的例子：偏压调节单元根据下述公式(1)进行计算，从而产生电源电压控制信号V0set的当前值(下述公式中用V0set_out表示)：

V0set_out＝V0set_in-G×ΔV；公式(1)

在上述公式(1)中，V0set_in为电源模块的电源电压初始设定值，G为预设系数，ΔV为当前电源电压压降参数。另外，上述G的设置方式可以参见下述实施例中的相关描述。

作为示例，本实施例中的ΔV的初始值可以设置为0，且ΔV应始终保持大于或者等于0。当电源模块的电源电压处于过压状态时，偏压调节单元应增加ΔV的当前值；而当电源模块的电源电压处于欠压状态时，偏压调节单元应减小ΔV的当前值；否则，偏压调节单元应保持ΔV的当前值不发生变化。

作为示例，偏压调节单元根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息产生各APD的偏压控制信号Vset_out的一个具体例子为：偏压调节单元根据下述公式(2)进行计算，从而产生各APD的偏压控制信号Vset_out的当前值(下述公式中用Vset_out,k表示)：

Vset_out,k＝Vset_in,k-ΔV+Vref；公式(2)

在上述公式(2)中，1≤k≤n，且k为整数，n为本实施例的APD偏压控制电路进行偏压控制的APD的数量，Vset_out,k表示第k个APD的偏压控制信号的当前值，Vset_in,k表示第k个APD的偏压初始设定值，ΔV为当前电源电压压降参数，Vref为预先设定的参考电压。

本实施例中的偏压调节单元可以通过模拟电路的形式来实现，如采用控制恒定电流源对电容进行充放电来实现，再如采用RC充放电电路来实现；本实施例的偏压调节单元也可以采用数字电路的形式来实现；偏压调节单元通过模拟电路的形式来实现的一个具体的例子如图2所示，而偏压调节单元通过数字电路的形式来实现的一个具体的例子如图3所示。

作为示例，图2中示出的偏压调节单元主要包括：场效应管Q101、场效应管Q102、运算放大器Opamp101、运算放大器Opamp102、运算放大器Opamp103、运算放大器Opamp104、运算放大器Buffer1、运算放大器Buffer2、与门、非门、电容C以及多个电阻。

在任一APD处于欠压状态时，场效应管Q101导通，而场效应管Q102截至，+3.3V电源通过电阻R101对电容C进行充电；根据图2所示出的电容C的极性，ΔV(即ΔV c)减小，从而导致V0set_out以及Vset_out,k均增大，最终使可调电源模块的输出电压(即电源电压)V0增大，直到所有的APD均解除欠压状态，则场效应管Q101截至，电容C的负端进入高阻状态。

反之，在所有APD均处于过压状态时，场效应管Q102导通，场效应管Q101截至，电容C通过电阻R102放电，ΔV(即ΔV c)增大，从而导致V0set_out以及Vset_out,k均减小，最终使可调电源模块的输出电压V0减小，直到所有的APD均解除过压状态，则场效应管Q102截至，电容C的负端进入高阻状态。

在实际的电路中，由于场效应管Q101、场效应管Q102以及运算放大器Buffer2等元件为非理想器件，在电容C的负端处于高阻状态时，电容C上仍有微弱的充放电电流，使得电容C的负端电压会缓慢向其稳态值Vcm方向漂移，从而造成V0作相应的缓慢漂移。该缓慢漂移过程可能存在如下两种不同的情况：

a)、ΔV(即ΔV c)缓慢减小，且V0缓慢增大。

在此漂移过程中，如果电容C的负端的电压在达到稳态值Vcm时，至少有一个APD不会出现过压状态，则ΔVc将稳定在Vref-Vcm；如果在电容C的负端的电压达到稳态值Vcm之前，所有的APD都出现过压状态，则场效应管Q102将再次导通，ΔVc会动态维持在所有APD刚刚都出现过压状态时的那个数值附近。

b)、ΔV(即ΔV c)缓慢增大，且V0缓慢减小。

在此漂移过程中，如果电容C的负端电压在达到稳态值Vcm时，所有APD都没有出现欠压状态，则ΔVc将稳定在Vref-Vcm；如果在电容C的负端电压达到稳态值Vcm之前，任一APD出现欠压状态，则场效应管Q101将会再次导通，ΔVc会动态维持在有一个APD刚刚出现欠压的那个数值附近。

作为示例，图3中的偏压调节单元主要包括：具有数字信号处理逻辑功能的元件(即图3中的数字信号处理芯片)、存储单元(如RAM)、多个数字输入/输出接口(即图3中的Digital I/O)、多个数模转换器(即图3中的DAC0、DAC1以及DACn)以及模数转换器(即图3中的ADC)。

作为示例，数字信号处理芯片可以具体为现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD、单片机以及微处理器等，本实施例不限制数字信号处理芯片的具体表现形式。

作为示例，数字信号处理芯片可以通过多个Digital I/O接收n个偏压控制器传输来的欠压状态指示信息LowV01-n以及过压状态指示信息HighV01-n，即Digital I/O将偏压控制器传输来的基于模拟的欠压状态指示信息以及过压状态指示信息转换为基于数字的欠压状态指示信息以及过压状态指示信息后，传输给数字信号处理芯片。

作为示例，数字信号处理芯片可以通过DAC0向电源模块传输电源电压控制信号V0set，即DAC0在将数字信号处理芯片传输来的基于数字的电源电压控制信号转换为基于模拟的电源电压控制信号后，传输给电源模块。

作为示例，数字信号处理芯片可以通过DAC1-DACn向n个偏压控制器分别传输偏压控制信号Vset1-Vsetn，即DAC1-DACn在将数字信号处理芯片传输来的基于数字的偏压控制信号转换为基于模拟的偏压控制信号后，传输给n个偏压控制器。

作为示例，数字信号处理芯片可以通过ADC采集到温度传感器传输来的APD的温度采集信号，即ADC将温度传感器传输来的基于模拟的温度采集信号转换为基于数字的温度采集信号后，传输给数字信号处理芯片。需要特别说明的是，在温度传感器为数字型的温度传感器的情况下，本实施例中的数字信号处理芯片可以对温度传感器传输来的温度采集信号直接进行采集操作，即偏压调节单元中可以不包含有图3中的ADC。

作为示例，存储单元中预先存储有电源电压压降参数ΔV的当前值(其初始值可以为0)、预设系数G、ΔV的调整步长、电源模块的电源电压初始设定值V0set_in以及n个APD的偏压初始设定值Vset_in1-Vset_inn等信息。

另外，存储单元中还可以存储有温度采集信号，如数字信号处理芯片将其采集到的温度采集信号写入存储单元中。存储单元中存储的温度采集信号通常为最近预定时间段内采集的温度采集信号。

作为示例，数字信号处理芯片在每次形成电源电压控制信号和各APD的偏压控制信号的过程中，通常都会从存储单元中读取电源电压压降参数ΔV的当前值、预设系数G、ΔV的调整步长、电源模块的电源电压初始设定值V0set_in以及n个APD的偏压初始设定值Vset_in1-Vset_inn等信息，数字信号处理芯片根据当前接收到的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息进行判断，并根据判断结果以及ΔV的调整步长确定出电源电压压降参数ΔV的新的当前值(如数字信号处理芯片在确定出ΔV需要增大或者减小时，根据其从存储单元中读取出的ΔV的调整步长来使ΔV增大或者减小一个调整步长)后，数字信号处理芯片应将本次获得的电源电压压降参数ΔV的当前值写入存储单元中，以便于数字信号处理芯片在下次判断过程中可以读取到电源电压压降参数ΔV的当前值。

作为示例，数字信号处理芯片执行的处理逻辑的一个例子如图4所示。

图4中，首先，数字信号处理芯片在启动时，设定电源电压压降参数ΔV的初始值为0，并将该初始值写入存储单元中。

之后，数字信号处理芯片采集温度采集信号，并将采集到的温度采集信号存储在存储单元的温度存储区域中。

之后，数字信号处理芯片利用当前采集到的温度采集信号确定电源电压初始设定值V0set_in以及n个APD的偏压初始设定值Vset_in1-Vset_inn。

之后，数字信号处理芯片采集各APD的欠压状态指示信息LowV01-n。

之后，数字信号处理芯片判断是否任意一个LowV0均有效，即数字信号处理芯片判断是否存在处于欠压状态的APD。

如果存在处于欠压状态的APD，则数字信号处理芯片根据下述公式(3)来更新ΔV的当前值：

ΔV＝max(ΔV-step，0) 公式(3)

在上述公式(3)中，s tep为ΔV的调整步长。

之后，根据计算出来的ΔV更新DAC0、DAC1……、DACn的输出，即数字信号处理芯片根据上述公式(1)计算出的V0set_out更新DAC0的输出，并根据上述公式(2)计算出的Vset_out,k更新DAC1、……、DACn的输出。然后，在延迟预定时间间隔之后，返回到上述数字信号处理芯片采集温度采集信号的步骤。

如果不存在处于欠压状态的APD，则数字信号处理芯片采集各APD的过压状态指示信息HighV01-n，并判断是否所有HighV0均有效，即数字信号处理芯片判断是否所有的APD均处于过压状态。

如果不是所有的APD均处于过压状态，则数字信号处理芯片在延迟预定时间间隔之后，返回到上述数字信号处理芯片采集温度采集信号的步骤。

如果所有的APD均处于过压状态，则数字信号处理芯片根据下述公式(4)来更新ΔV的当前值：

ΔV＝ΔV+step 公式(4)

在上述公式(4)中，step为ΔV的调整步长。

之后，数字信号处理芯片利用当前计算出来的ΔV更新DAC0、DAC1……、DACn的输出，即数字信号处理芯片根据上述公式(1)计算出的V0set_out更新DAC0的输出，并根据上述公式(2)计算出的Vset_out,k分别更新DAC1、……、DACn的输出。然后，数字信号处理芯片在延迟预定时间间隔之后，返回到上述数字信号处理芯片采集温度采集信号的步骤。

作为示例，本实施例中的APD偏压控制电路所包含的偏压控制器的数量与光电接收电路所包含的APD的数量相同，从而每一个偏压控制器分别连接一个APD。另外，各偏压控制器还分别与电源模块以及相应的光电流检测单元连接。一个APD对应一个光电流检测单元，光电流检测单元用于检测流经相应的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号，并将检测获得的光电流强度电压信号传输给与其连接的偏压控制器。

本实施例中的偏压控制器主要用于接收流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号(即接收相应的光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号)，并根据电源模块的当前电源电压、接收到的光电流强度电压信号以及偏压调节单元传输来的偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压，从而向与其连接的APD输出该负载电压。由于本实施例中的偏压控制器在向APD提供负载电压的过程中，将流经APD的光电流强度电压信号作为APD的反馈信号，因此，本实施例中的偏压控制器可以称为光电流反馈型偏压控制器。

作为示例，本实施例中的每一个偏压控制器的结构可以均如图5所示。

图5中的偏压控制器主要包括偏置电压产生单元以及电压跟随单元；其中的偏置电压产生单元与电源模块、偏压调节单元、电压跟随单元以及与其所在偏压控制器连接的APD所对应的光电流检测单元分别连接；其中的电压跟随单元与偏置电压产生单元、电源模块以及与其所在的偏压控制器连接的APD分别连接。

偏置电压产生单元主要用于根据电源模块的当前电源电压、光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号以及偏压调节单元传输来的偏压控制信号产生APD的偏置电压，并根据光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息。

作为示例，偏置电压产生单元产生APD的偏置电压的一个具体例子：偏置电压产生单元根据下述公式(5)计算产生第k个APD的偏置电压Vbias,k：

Vbias,k＝V0-(Vset_out,k-Vref+Vfb)/2K； 公式(5)

在上述公式(5)中，1≤k≤n，且k为整数，n为与本实施例的APD偏压控制电路所连接的所有APD的总数量，Vbias,k表示第k个APD的偏置电压，V0为电源模块的当前电源电压，Vset_out,k(即Vset,k)表示第k个APD的偏压控制信号，Vref为参考电压，Vfb为光电流强度电压信号，K为常数。

由于V0＝V0set_out×A，其中的A为电源模块的放大系数，因此，结合上述公式(1)，可以将V0＝V0set_out×A转换为下述公式(6)：

V0＝V0set_in×A–A×G×ΔV 公式(6)

将上述公式(6)带入上述公式(5)中，可以获得下述公式：

Vbias,k＝(V0set_in×A–A×G×ΔV)–(Vset_in,k+Vfb-ΔV)/2K

＝V0set_in×A–(Vset_in,k+Vfb)/2K-(A×G-1/2K)×ΔV；

上述K和G均为预设常数。

作为示例，K和G的设置方式的一个具体的例子为：在偏置电压产生单元包含有由运算放大器和PNP三极管组成的V/I转换器的情况下，PNP三极管的集电极通常串接有电阻，该电阻的阻值用R0表示，而PNP三极管的发射极通常串接有电阻，该电阻的阻值用R1表示，则K＝R0/R1，而G是使得A×G＝1/2K成立的数值；通过利用上述方式设置的K和G可以使Vbias,k不会受到ΔV变化的影响，由于电压跟随单元提供给APD的负载电压Vapd,k跟随Vbias,k的变化而变化，因此，Vapd,k也不会受到ΔV变化的影响。

图6和图7是本实施例的偏置电压产生单元的两个具体实现方式的电路示意图，其中的图6示出了带偏压设定信号的偏置电压产生单元，而其中的图7示出了不带偏压设定信号的偏置电压产生单元。图7与图6的电路结构基本相同，只是图7中的偏置电压产生单元将Vset信号固定在Vref上，图7中只有一个输入信号，即光电流强度反馈Vfb。

电压跟随单元主要用于根据偏置电压产生单元传输来的偏置电压以及电源模块的当前电源电压产生APD的负载电压，并向与其连接的APD输出该负载电压Vapd,k。电压跟随单元可以实现负载电压随输入电压(即Vbias,k和电源模块的当前电源电压)的变化而变化。

作为示例，电压跟随单元可以主要包括三极管，如偏置电压产生单元输出的Vbias,k加载于三极管的基极，电源模块的当前电源电压加载于三极管的集电极，而三极管的发射极向APD提供负载电压。本实施例不限制电压跟随单元的具体实现方式。

实施例二、光电接收电路。

本实施例中的光电接收电路主要包括：多个APD、多个光电流检测单元(光电流检测单元的数量与APD的数量相同)、一个APD偏压控制电路以及一个电源模块；其中，各APD分别与相应的光电流检测单元，各APD还与APD偏压控制电路连接，各光电流检测单元分别与偏压控制电路连接，而电源模块与APD偏压控制电路连接。

光电流检测单元主要用于检测与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号。

APD偏压控制电路主要用于根据各APD的过压状态以及欠压状态产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，并根据电源模块的当前电源电压、各APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号以及所述各APD的偏压控制信号产生各APD的负载电压，并向各APD分别输出相应的负载电压。

APD偏压控制电路的具体结构以及其所包含的各元件如上述实施例一中的描述，在此不再重复说明。

实施例三、APD偏压控制方法。

本实施例中的APD偏压控制方法主要包括如下步骤：

首先，各偏压控制器根据流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息。

具体的，本实施例中的各偏压控制器均可以称为光电流反馈型偏压控制器，且各偏压控制器均主要包括偏置电压产生单元以及电压跟随单元，其中的偏置电压产生单元可以根据光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息。

其次，偏压调节单元根据各偏压控制器分别传输来的过压状态指示信息或者欠压状态指示信息产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，偏压调节单元向电源模块发送上述电源电压控制信号，并向各偏压控制器分别发送相应APD的偏压控制信号；

具体的，偏压调节单元可以根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息判断出电源模块的电源电压状态，如偏压调节单元在根据当前接收到的所有过压状态指示信息判断出所有APD均处于过压状态时，确定电源模块的电源电压处于过压状态，而在根据当前接收到的所有欠压状态指示信息判断出任一APD处于欠压状态时，确定电源模块的电源电压处于欠压状态，否则，偏压调节单元确定电源模块的电源电压处于正常状态。

偏压调节单元在确定出电源模块的电源电压处于过压状态时，通常会控制电源模块降低其电源电压，如通过增大当前电源电压压降参数的方式来使电源模块降低其电源电压；而偏压调节单元在确定出电源模块的电源电压处于欠压状态时，通常会控制电源模块提高其电源电压，如通过降低当前电源电压压降参数ΔV的方式来使电源模块提高其电源电压，而电源模块可以通过接入补充电源或者切换至备用电源等方式来提高电源模块的电源电压。

作为示例，偏压调节单元计算产生电源电压控制信号V0set的一个具体的例子如上述实施例一中针对公式(1)的描述，在此不再重复说明。

作为示例，偏压调节单元根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息产生各APD的偏压控制信号Vset_out的一个具体例子如上述实施例一中针对公式(2)的描述，在此不再重复说明。

另外，本实施例中的偏压调节单元在接收到温度采集信号的情况下，可以根据接收到的温度采集信号对各APD的偏置电压进行温度补偿处理，即偏压调节单元在形成各APD的偏压控制信号Vset的过程中，考虑到了温度采集信号，并将温度采集信号作为形成各APD的偏压控制信号的一个参数。偏压调节单元可以采用根据接收到的温度采集信号进行查表等方式来实现偏置电压的温度补偿，本实施例不限制偏压调节单元进行温度补偿的具体实现方式。

本实施例的偏压控制器中的偏置电压产生单元可以根据电源模块的当前电源电压、光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号以及偏压调节单元传输来的偏压控制信号产生APD的偏置电压，并根据光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息。偏置电压产生单元产生APD的偏置电压的一个具体例子如上述实施例一中针对公式(5)的相关描述，在此不再重复说明。

最后，各偏压控制器分别根据其接收到的光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压，并向与其连接的APD输出该负载电压。

具体的，本实施例的偏压控制器中的偏置电压产生单元可以根据电源模块的当前电源电压、光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号以及偏压调节单元传输来的偏压控制信号产生APD的偏置电压，偏置电压产生单元产生APD的偏置电压的一个具体例子如上述实施例一中针对公式(5)的相关描述，在此不再重复说明。

本实施例的偏压控制器中的电压跟随单元可以根据偏置电压产生单元传输来的偏置电压以及电源模块的当前电源电压产生APD的负载电压，并向与其连接的APD输出该负载电压。电压跟随单元可以具体包括三极管，具体如上述实施例一中的相关描述，在此不再重复说明。

对于本领域技术人员而言，显然，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一方面来看，均应该将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明来限定，因此，旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应该将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一以及第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定顺序。

虽然前面特别示出并且描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将会理解的是，在不背离权利要求书的精神和范围的情况下，在其形式和细节方面可以有所变化。这里所寻求的保护在所附权利要求书中做了阐述。

Claims (15)

1.一种APD偏压控制电路，与多个APD连接，其中，所述APD偏压控制电路包括：偏压调节单元以及多个偏压控制器；

所述偏压调节单元与各偏压控制器以及电源模块分别连接，用于根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息以及欠压状态指示信息产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，并向电源模块发送所述电源电压控制信号，向各偏压控制器分别发送相应APD的偏压控制信号；

所述多个偏压控制器连接多个APD，且各偏压控制器还分别与电源模块连接，所述偏压控制器用于根据流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息，并根据电源模块的当前电源电压、接收到的光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压，向与其连接的APD输出所述负载电压；

其中，所述偏压调节单元用于：

在根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息判断出所有APD均处于过压状态时，增大当前电源电压压降参数；

在根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息判断出任一APD处于欠压状态时，减小当前电源电压压降参数；

根据电源模块的电源电压初始设定值以及当前电源电压压降参数产生电源电压控制信号。

2.根据权利要求1所述的APD偏压控制电路，其中，所述偏压调节单元根据下述公式计算产生电源电压控制信号V0set_out：

V0set_out＝V0set_in-G×ΔV；

其中，V0set_in为电源模块的电源电压初始设定值，G为预设系数，ΔV为当前电源电压压降参数。

3.根据权利要求1所述的APD偏压控制电路，其中，所述偏压调节单元根据下述公式计算产生第k个APD的偏压控制信号Vset_out，k：

Vset_out，k＝Vset_in，k-ΔV+Vref；

其中，1≤k≤n，且k为整数，n为APD的数量，Vset_out，k表示第k个APD的偏压控制信号，Vset_in，k表示第k个APD的偏压初始设定值，ΔV为当前电源电压压降参数，Vref为参考电压。

4.根据权利要求1所述的APD偏压控制电路，其中，所述偏压控制器包括：

偏置电压产生单元，与电源模块、偏压调节单元以及与其所在的偏压控制器连接的APD所对应的光电流检测单元分别连接，用于根据电源模块的当前电源电压、光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号以及偏压调节单元传输来的偏压控制信号产生APD的偏置电压，并根据光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息；

电压跟随单元，与偏置电压产生单元、电源模块以及与其所在的偏压控制器连接的APD分别连接，用于根据偏置电压产生单元传输来的偏置电压以及电源模块的当前电源电压产生APD的负载电压，并向与其连接的APD输出所述负载电压。

5.根据权利要求4所述的APD偏压控制电路，其中，所述偏置电压产生单元根据下述公式计算产生第k个APD的偏置电压Vbias，k：

Vbias，k＝V0-(Vset_out，k-Vref+Vfb)/2×K；

其中，1≤k≤n，且k为整数，n为APD的数量，Vbias，k表示第k个APD的偏置电压，V0为电源模块的当前电源电压，Vset_out，k示第k个APD的偏压控制信号，Vref为参考电压，Vfb为光电流强度电压信号，K为常数。

6.根据权利要求5所述的APD偏压控制电路，其中，所述偏置电压产生单元包括由运算放大器和PNP三极管组成的V/I转换器，且所述PNP三极管的集电极串接有电阻R0，所述PNP三极管的发射极串接有电阻R1，所述K＝R0/R1。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的APD偏压控制电路，其中，所述偏压调节单元还用于：接收各APD的温度采集信号，并根据各APD的温度采集信号对各APD的偏压控制信号分别进行温度补偿处理，并向相应的偏压控制器发送温度补偿处理后的偏压控制信号。

8.一种光电接收电路，其中，所述光电接收电路包括：多个APD、多个光电流检测单元、上述权利要求1-7中任一权利要求所述的APD偏压控制电路以及电源模块；

各APD分别与相应的光电流检测单元以及APD偏压控制电路连接；

光电流检测单元，用于检测与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号；

APD偏压控制电路与各APD、各光电流检测单元以及电源模块分别连接，用于根据各APD的过压状态以及欠压状态产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号，并根据电源模块的当前电源电压、各APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号以及所述各APD的偏压控制信号产生各APD的负载电压，并向各APD分别输出相应的负载电压。

9.一种APD偏压控制方法，为多个APD提供负载电压，其中，所述方法包括下述步骤：

各偏压控制器根据流经与其连接的APD的光电流信号对应的光电流强度电压信号产生过压状态指示信息或者欠压状态指示信息；

偏压调节单元根据各偏压控制器分别传输来的过压状态指示信息或者欠压状态指示信息产生电源电压控制信号以及各APD的偏压控制信号；

偏压调节单元向电源模块发送所述电源电压控制信号，并向各偏压控制器分别发送相应APD的偏压控制信号；

各偏压控制器分别根据其接收到的光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压，并向与其连接的APD输出所述负载电压；其中，所述偏压调节单元根据各偏压控制器分别传输来的过压状态指示信息或者欠压状态指示信息产生电源电压控制信号的步骤包括：

偏压调节单元在根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息判断出所有APD均处于过压状态时，增大当前电源电压压降参数；

偏压调节单元在根据各偏压控制器传输来的过压状态指示信息判断出任一APD处于欠压状态时，减小当前电源电压压降参数；

偏压调节单元根据电源模块的电源电压初始设定值以及当前电源电压压降参数产生电源电压控制信号。

10.根据权利要求9所述的APD偏压控制方法，其中，所述偏压调节单元根据下述公式计算产生电源电压控制信号V0set_out：

VOset_out＝VOset_in-G×ΔV；

其中，V0set_in为电源模块的电源电压初始设定值，G为预设系数，ΔV为当前电源电压压降参数。

11.根据权利要求9所述的APD偏压控制方法，其中，所述偏压调节单元根据下述公式计算产生第k个APD的偏压控制信号Vset_out，k：

Vset_out，k＝Vset_in，k-ΔV+Vref；

其中，1≤k≤n，且k为整数，n为APD的数量，Vset_out，k表示第k个APD的偏压控制信号，Vset_in，k表示第k个APD的偏压初始设定值，ΔV为当前电源电压压降参数，Vref为参考电压。

12.根据权利要求9所述的APD偏压控制方法，其中，所述各偏压控制器分别根据其接收到的光电流强度电压信号和偏压控制信号产生与其连接的APD的负载电压的步骤包括：

偏压控制器中的偏置电压产生单元根据电源模块的当前电源电压、光电流检测单元传输来的光电流强度电压信号以及偏压调节单元传输来的偏压控制信号产生APD的偏置电压；

偏压控制器中的电压跟随单元根据偏置电压产生单元传输来的偏置电压以及电源模块的当前电源电压产生APD的负载电压，并向与其连接的APD输出所述负载电压。

13.根据权利要求12所述的APD偏压控制方法，其中，所述偏置电压产生单元根据下述公式计算产生第k个APD的偏置电压Vbias，k：

Vbias，k＝V0-(Vset_out，k-Vref+Vfb)/2×K；

其中，1≤k≤n，且k为整数，n为APD的数量，Vbias，k表示第k个APD的偏置电压，VO为电源模块的当前电源电压，Vset_out，k示第k个APD的偏压控制信号，Vref为参考电压，Vfb为光电流强度电压信号，K为常数。

14.根据权利要求13所述的APD偏压控制方法，其中，所述偏置电压产生单元包括由运算放大器和PNP三极管组成的V/I转换器，且所述PNP三极管的集电极串接有电阻R0，所述PNP三极管的发射极串接有电阻R1，所述K＝RO/R1。

15.根据权利要求11至14中任一权利要求所述的APD偏压控制方法，其中，所述方法还包括：

偏压调节单元接收各APD的温度采集信号；

偏压调节单元根据各APD的温度采集信号对各APD的偏压控制信号分别进行温度补偿处理，并向相应的偏压控制器发送温度补偿处理后的偏压控制信号。

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