CN111342433B - 一种apd保护装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种APD保护装置，包括：保护电路和APD芯片；其中，所述保护电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；所述第一三极管连接在所述第一电阻和所述APD芯片之间，所述第二三极管与所述第一电阻并联，所述第三三极管与所述第二三极管串联，且所述第三三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第三三极管的漏极通过第二电阻接地；所述第二三极管用于控制所述第一电阻上的压降，所述第三三极管用于控制所述第一三极管的基极电压，以使所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断。

Description

一种APD保护装置

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种APD保护装置。

背景技术

在长距离通信时，使用的光模块具有发射光功率大，接收灵敏度高的特点。光模块的接收端在采用雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)工作时需要加反向高压，APD工作在高压环境，且增益较大，APD电流会随着输入光功率的变化而变化；当输入光功率越大，其APD电流越大；但当输入光功率超出APD工作范围后，其APD可能会因为电流过大而被烧毁。因而，在APD的使用中需要加以保护。

在实际工程使用中，通常通过外置电路来对APD进行保护，该外置电路的保护方法为：将高光功率输入导致的电压或电流的异常反馈至控制器，控制器检测到异常后，发送控制指令降低或关闭APD的电压输入。但是这种通过控制器进行反馈的方法中的反馈信号需要经过控制器检测、判断以及输出控制指令等过程，从而导致其反馈速度以及响应速度很慢(通常是ms级)，这样的反馈速度和响应速度足于导致APD损坏，因此应用场景十分有限。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种APD保护装置。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种APD保护装置，包括：保护电路和APD芯片；其中，

所述保护电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；所述第一三极管连接在所述第一电阻和所述APD芯片之间，所述第二三极管与所述第一电阻并联，所述第三三极管与所述第二三极管串联，且所述第三三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第三三极管的漏极通过第二电阻接地；

所述第二三极管用于控制所述第一电阻上的压降，所述第三三极管用于控制所述第一三极管的基极电压，以使所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断。

在一种可选的实施方式中，所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断，包括：

所述APD芯片的光生电流小于等于APD电流阈值的情况下，所述第一电阻上的压降小于所述第二三极管的导通电压，所述第一三极管为导通状态；

所述APD芯片的光生电流大于所述APD电流阈值的情况下，所述第一电阻上的压降大于所述第二三极管的导通电压，所述第一三极管为截止状态；

其中，所述第一三极管、所述第二三极管和所述第三三极管的导通电压相等。

在一种可选的实施方式中，所述APD电流阈值为根据所述第一三极管的导通电压与所述第一电阻的阻抗值计算得到的。

在一种可选的实施方式中，所述第二三极管的基极和集电极相连，所述三三极管的基极和集电极相连。

在一种可选的实施方式中，还包括：过渡块；其中，

所述保护电路和所述APD芯片均设置在所述过渡块上。

在一种可选的实施方式中，还包括：管壳；其中，

所述保护电路、所述APD芯片和所述过渡块均封装在所述管壳内。

在一种可选的实施方式中，还包括：第一管壳管腿、第二管壳管腿和第三管壳管腿；其中，

所述第一管壳管腿通过打线与所述APD芯片的正极连接，所述第一管壳管腿作为所述APD保护装置的正极；

所述第二管壳管腿与所述第二三极管的发射极和所述第一电阻均连接，所述第二管壳管腿作为所述APD保护装置的负极；

所述第三管壳管腿与所述第二电阻连接，所述第三管壳管腿作为所述APD保护装置的接地极。

在一种可选的实施方式中，还包括：光纤组件；其中，

所述光纤组件用于发射光信号至所述管壳内，使所述光信号与所述APD芯片耦合。

在一种可选的实施方式中，还包括：电容，所述电容的耐压值大于等于目标电压阈值；其中，

所述APD芯片的负极通过所述电容接地。

在一种可选的实施方式中，所述APD芯片的正极与跨阻放大器(Trans-ImpedanceAmplifier，TIA)电路连接，所述保护电路与APD高压电路连接。

本申请实施例提供了一种APD保护装置，包括：保护电路和APD芯片；其中，所述保护电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；所述第一三极管连接在所述第一电阻和所述APD芯片之间，所述第二三极管与所述第一电阻并联，所述第三三极管与所述第二三极管串联，且所述第三三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第三三极管的漏极通过第二电阻接地；所述第二三极管用于控制所述第一电阻上的压降，所述第三三极管用于控制所述第一三极管的基极电压，以使所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断。本申请实施例中通过保护电路中的三级管直接控制APD芯片的输入电压的关断，从而可以极快的进行高光功率输入的反馈和响应。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种APD保护装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种APD保护装置的电路原理图；

图3为本申请实施例提供的一种APD保护装置的功能实现流程图；

图4为本申请实施例中提供的APD保护装置与TIA电路和APD高压电路的连接结构示意图；

图5为本申请实施例提供的APD保护装置的俯视图；

图6为本申请实施例提供的APD保护装置的剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

图1为本申请实施例提供的一种APD保护装置的结构示意图，图2为本申请实施例提供的一种APD保护装置的电路原理图，如图1和图2所示，所述APD保护装置100包括：保护电路110和APD芯片120；其中，

所述保护电路110包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一三极管Q1连接在所述第一电阻R1和所述APD芯片120之间，所述第二三极管Q2与所述第一电阻R1并联，所述第三三极管Q3与所述第二三极管Q2串联，且所述第三三极管Q3的基极与所述第一三极管Q1的基极连接，所述第三三极管Q3的漏极通过第二电阻R2接地；

所述第二三极管Q2用于控制所述第一电阻R1上的压降，所述第三三极管Q3用于控制所述第一三极管Q1的基极电压，以使所述APD芯片120的光生电流控制所述第一三极管Q1的关断。

在本申请实施例中，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2和所述第三三极管Q3均为PNP三极管。且所述第二三极管的基极和集电极相连，所述三三极管的基极和集电极相连。

在本申请实施例中，所述APD芯片120的光生电流控制所述第一三极管Q1的关断，包括：所述APD芯片120的光生电流小于等于APD电流阈值的情况下，所述第一电阻R1上的压降小于等于所述第二三极管Q2的导通电压，所述第一三极管Q1为导通状态；所述APD芯片120的光生电流大于所述APD电流阈值的情况下，所述第一电阻R1上的压降大于所述第二三极管Q2的导通电压，所述第一三极管Q1为截止状态；其中，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2和所述第三三极管Q3的导通电压相等。在实际应用时，所述第一电阻R1可以是电阻值为1K的电阻，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2和所述第三三极管Q3可以是导通电压为0.7V的三极管，那么，所述APD电流阈值可以设置为0.7mA。其中，所述APD电流阈值为根据所述第一三极管的导通电压与所述第一电阻的阻抗值计算得到的。计算公式为：第一三极管的导通电压/第一电阻的阻抗值＝0.7V/1K＝0.7mA。需要说明的是，APD电流阈值可以根据实际需求而进行调整，且本申请保护电路中的电路元器件的参数也可以根据实际需要而进行调整。

这里，以上述参数为例，本申请实施例中的APD保护原理进行详细说明。APD芯片120的光生电流小于等于APD电流阈值的情况下(也就是APD芯片120处于正常光信号输入的情况下)，由于第一电阻R1与第二三极管Q2并联设置，且正常光信号输入的情况下APD芯片120的光生电流很小，因此第二三极管Q2限制第一电阻R1上的压降小于第二三极管Q2的导通电压，设输入APD保护装置的电压为V，APD芯片120的光生电流为I，则第一电阻R1上的压降为I×R1，第二三极管Q2的导通电压为0.7，所述第一电阻上的压降小于所述第二三极管的导通电压，从而APD芯片120处于正常光信号输入的情况下，I×R1<0.7。此时，第一三极管Q1的发射极电压为V＝I×R1。由于第三三极管Q3的基极与第一三极管Q1的基极连接，且第三三极管Q3的基极和集电极相连，则第一三极管Q1的基极电压与第三三极管Q3的集电极电压相同，第三三极管Q3的集电极电压为V-0.7-0.7，那么第一三极管Q1的基极电压也为V-0.7-0.7。第一三极管Q1的导通条件为第一三极管Q1的发射极电压-第一三极管Q1的基极电压>导通电压(0.7V)，则(V-I×R1)-(V-0.7-0.7)>0.7V，最终可以得到I×R1<0.7V，也就是说，I×R1<0.7V时，第一三极管Q1导通；I×R1>0.7V时，第一三极管Q1截止。从而APD芯片120的光生电流I大于APD电流阈值的情况下(也就是APD芯片120处于异常光信号输入的情况下)，APD芯片120的光生电流I变大，由于APD芯片120处于正常光信号输入的情况下，I×R1<0.7V，那么在光生电流I变大的情况下，I×R1>0.7V，第一三极管Q1截止。由于第一三极管Q1截止，输入APD保护装置的电压通路被截断，APD芯片120上的反向偏压迅速降低，光生电流I也迅速降低，能量也迅速降低，从而保护APD芯片不被损坏，这样的时间响应等级为us级。当光信号的输入恢复正常时，APD芯片120的光生电流I小于等于0.7mA时，I×R1<0.7V，第一三级管Q1导通，输入APD保护装置的电压通路恢复，APD芯片正常工作。其中，异常光信号输入可以为高光功率输入。本申请实施例中通过保护电路中的三级管直接控制APD芯片的输入电压的关断，从而可以极快的进行高光功率输入的反馈和响应。

图3为本申请实施例提供的一种APD保护装置的功能实现流程图，如图3所示，APD芯片处于正常光信号输入的情况下，第一电阻上的压降小于0.7V，第一三级管Q1导通，APD芯片上的反向偏压正常，APD芯片正常工作；APD芯片处于异常光信号输入的情况下，第一电阻上的压降大于0.7V，第一三级管Q1截止，APD芯片上的反向偏压降低，APD芯片处于保护状态，光信号的输入恢复正常的情况下，第一电阻上的压降小于0.7V，从而APD芯片恢复正常工作状态。其中，APD芯片的保护状态为APD芯片的输入电压被截断的状态。

在本申请实施例中，所述APD保护装置100还包括：过渡块130；其中，所述保护电路110和所述APD芯片120均设置在所述过渡块130上。

在本申请实施例中，所述APD保护装置100还包括：管壳140；其中，所述保护电路110、所述APD芯片120和所述过渡块130均封装在所述管壳140内。本申请实施例中将电路元器件集成在过渡块上，并共同封装在管壳内，从而有效缩小了器件尺寸，实现了产品的小型化，有利于提高产品的集成度，并且简化装置的生产工艺，降低生产成本。且本申请实施例中的封装还可以为气密性封装，从而可以进一步提高装置的可靠性。

在本申请实施例中，所述APD保护装置100还包括：第一管壳管腿141、第二管壳管腿142和第三管壳管腿143；其中，

所述第一管壳管腿141通过打线与所述APD芯片120的正极连接，所述第一管壳管腿141作为所述APD保护装置的正极；

所述第二管壳管腿142与所述第二三极管Q2的发射极和所述第一电阻R1均连接，所述第二管壳管腿142作为所述APD保护装置的负极；

所述第三管壳管腿143与所述第二电阻R2连接，所述第三管壳管腿143作为所述APD保护装置的接地极。在实际应用时，所述打线可以为金丝打线，也可以为铜丝打线，还可以为其他材料的打线。

在本申请实施例中，所述APD保护装置100还包括：光纤组件150；其中，所述光纤组件150用于发射光信号至所述管壳140内，使所述光信号与所述APD芯片120耦合。

在本申请实施例中，所述APD保护装置100还包括：电容C，所述电容C的耐压值大于等于目标电压阈值；其中，所述APD芯片120的负极通过所述电容C接地。所述电容C用于实现APD芯片120的输入电压的滤波。在实际应用时，所述电容C可以为高压滤波电容。需要说明的是，所述电容C也设置在所述过渡块130上。

图4为本申请实施例中提供的APD保护装置与TIA电路和APD高压电路的连接结构示意图，在本申请实施例中，所述APD芯片420的正极与TIA电路410连接，所述APD芯片420的负极与所述保护电路430连接，所述保护电路430与APD高压电路440连接。其中，所述APD高压电路440产生的电压作为APD保护装置的输入电压。所述TIA电路410用于对APD芯片420产生的电信号进行放大。

图5为本申请实施例提供的APD保护装置的俯视图，图6为本申请实施例提供的APD保护装置的剖视图，如图5和图6所示，本申请实施例提供一种APD保护装置，包括：管壳510、第一管壳管腿511、第二管壳管腿512、第三管壳管腿513、管壳尾管520、过渡块530、第一电阻541、第二电阻542、第一三极管543、第二三极管544、第三三极管545、APD芯片550、电容551和光纤组件560。

其中，第一电阻541的电阻值为1KΩ，第二电阻542的电阻值为100KΩ，第一三极管543、第二三极管544和第三三极管545为PNP三极管。第一电阻541、第二电阻542、第一三极管543、第二三极管544、第三三极管545、APD芯片550和电容551均装配在过渡块530上，过渡块530封装在管壳510壳体内。

其中，APD芯片550的正极通过金丝打线与第一管壳管腿511相连，APD芯片550的负极与第一三极管543的集电极相连，第一管壳管腿511作为APD保护装置的正极。

其中，第二三极管544的发射极与第一电阻541的一端相连，同时还与第二管壳管腿512相连，第二管壳管腿512作为APD保护装置的负极。

其中，第三管壳管腿513作为APD保护装置的接地极，第三管壳管腿513与第二电阻542的一端相连，第一电阻541的另一端与第一三极管543的发射极相连，第一三极管543的基极与第三三极管545的基极和集电极相连，第三三极管545的发射极与第二三极管544的基极和集电极相连，第二电阻542的一端与第三三极管545的基极和集电极相连，第二电阻542的另一端接地。

其中，所述光纤组件560从所述管壳尾管520内穿过进入所述管壳510内，使所述光信号与所述APD芯片550耦合。

本申请实施例提供了一种APD保护装置，包括：保护电路和APD芯片；其中，所述保护电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；所述第一三极管连接在所述第一电阻和所述APD芯片之间，所述第二三极管与所述第一电阻并联，所述第三三极管与所述第二三极管串联，且所述第三三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第三三极管的漏极通过第二电阻接地；所述第二三极管用于控制所述第一电阻上的压降，所述第三三极管用于控制所述第一三极管的基极电压，以使所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断。本申请实施例中通过保护电路中的三级管直接控制APD芯片的输入电压的关断，从而可以极快的进行高光功率输入的反馈和响应。且本申请实施例提供的APD保护装置将保护电路与APD芯片集成为一个封装器件，及本申请实施例中将多个分立的元器件集成为一个封装器件，从而大大缩小了APD整体体积、降低了成本，提高了集成化程度，提高了器件可靠性。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种雪崩光电二极管APD保护装置，其特征在于，包括：保护电路和APD芯片；其中，

所述保护电路包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；所述第一三极管连接在所述第一电阻和所述APD芯片之间，所述第二三极管与所述第一电阻并联，所述第三三极管与所述第二三极管串联，且所述第三三极管的基极与所述第一三极管的基极连接，所述第三三极管的漏极通过第二电阻接地；

所述第二三极管用于控制所述第一电阻上的压降，所述第三三极管用于控制所述第一三极管的基极电压，以使所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断。

2.根据权利要求1所述的APD保护装置，其特征在于，所述APD芯片的光生电流控制所述第一三极管的关断，包括：

所述APD芯片的光生电流小于等于APD电流阈值的情况下，所述第一电阻上的压降小于所述第二三极管的导通电压，所述第一三极管为导通状态；

所述APD芯片的光生电流大于所述APD电流阈值的情况下，所述第一电阻上的压降大于所述第二三极管的导通电压，所述第一三极管为截止状态；

其中，所述第一三极管、所述第二三极管和所述第三三极管的导通电压相等。

3.根据权利要求2所述的APD保护装置，其特征在于，

所述APD电流阈值为根据所述第一三极管的导通电压与所述第一电阻的阻抗值计算得到的。

4.根据权利要求1所述的APD保护装置，其特征在于，

所述第二三极管的基极和集电极相连，所述三三极管的基极和集电极相连。

5.根据权利要求1所述的APD保护装置，其特征在于，还包括：过渡块；其中，

所述保护电路和所述APD芯片均设置在所述过渡块上。

6.根据权利要求5所述的APD保护装置，其特征在于，还包括：管壳；其中，

所述保护电路、所述APD芯片和所述过渡块均封装在所述管壳内。

7.根据权利要求6所述的APD保护装置，其特征在于，还包括：第一管壳管腿、第二管壳管腿和第三管壳管腿；其中，

所述第一管壳管腿通过打线与所述APD芯片的正极连接，所述第一管壳管腿作为所述APD保护装置的正极；

所述第二管壳管腿与所述第二三极管的发射极和所述第一电阻均连接，所述第二管壳管腿作为所述APD保护装置的负极；

所述第三管壳管腿与所述第二电阻连接，所述第三管壳管腿作为所述APD保护装置的接地极。

8.根据权利要求6所述的APD保护装置，其特征在于，还包括：光纤组件；其中，

所述光纤组件用于发射光信号至所述管壳内，使所述光信号与所述APD芯片耦合。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的APD保护装置，其特征在于，还包括：电容，所述电容的耐压值大于等于目标电压阈值；其中，

所述APD芯片的负极通过所述电容接地。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的APD保护装置，其特征在于，

所述APD芯片的正极与跨阻放大器TIA电路连接，所述保护电路与APD高压电路连接。

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