CN113259012A - 一种光模块用的多通道高压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光模块用的多通道高压电路，包括升压电路、控制器U4和运放电路，所述升压电路的一端接有外部供电电压VCC_IN，所述升压电路的另一端为电压输出端口HV，所述运放电路包括若干的高压产生电路，各所述高压产生电路的电源端口均与电压输出端口HV电连接，各所述高压产生电路的正输入端口均与控制器U4的数模转换端口电连接，各所述高压产生电路的正输入端口与控制器U4的数模转换端口一一对应。本发明用一路升压电路+运放的方式，实现了多路APD的反向偏压，和传统的4路升压电路对比，减小了PCB的布板面积。

Description

一种光模块用的多通道高压电路
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块用的多通道高压电路。
背景技术
随着100G光模块的应用普及，长距离的应用场景也在增加。一般短距离(比如10km)光模块，接收端光器件类型为PIN，但是距离变长后，接收光器件就要用APD了。因为APD有更大的增益倍数，这样才能实现对微弱信号的识别和探测。
众所周知，APD工作在反向偏压(一般为20～70V)时，具有较高的增益。对于4*25G的100G光模块来讲，需要用到4路APD，这样就需要有4路高压电路。但是目前市面上并没有单颗芯片有4路高压输出，仅有芯片厂家在做前期市场调研。
因此有必要设计一种新的多通道高压电路，以解决无单颗多路高压输出芯片这一问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种光模块用的多通道高压电路，至少解决了现有技术中的部分问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种光模块用的多通道高压电路，包括升压电路、控制器U4和运放电路，所述升压电路的一端接有外部供电电压VCC_IN，所述升压电路的另一端为电压输出端口HV，所述运放电路包括若干的高压产生电路，各所述高压产生电路的电源端口均与电压输出端口HV电连接，各所述高压产生电路的正输入端口均与控制器U4的数模转换端口电连接，各所述高压产生电路的正输入端口与控制器U4的数模转换端口一一对应。
作为优选，所述运放电路包括第一高压产生电路、第二高压产生电路、第三高压产生电路和第四高压产生电路，
所述第一高压产生电路包括第一运算放大器U2、电阻R4和电阻R5，所述第一运算放大器U2的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第一运算放大器U2的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC1电连接，所述第一运算放大器U2的负输入端口通过电阻R4与第一运算放大器U2的输出端口相连，所述第一运算放大器U2的负输入端口通过电阻R5接地，
所述第二高压产生电路包括第二运算放大器U3、电阻R6和电阻R7，所述第二运算放大器U3的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第二运算放大器U3的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC2电连接，所述第二运算放大器U3的负输入端口通过电阻R6与第二运算放大器U3的输出端口相连，所述第二运算放大器U3的负输入端口通过电阻R7接地，
所述第三高压产生电路包括第三运算放大器U5、电阻R8和电阻R9，所述第三运算放大器U5的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第三运算放大器U5的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC3电连接，所述第三运算放大器U5的负输入端口通过电阻R8与第三运算放大器U5的输出端口相连，所述第三运算放大器U5的负输入端口通过电阻R9接地，
所述第四高压产生电路包括第四运算放大器U6、电阻R10和电阻R11，所述第四运算放大器U6的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第四运算放大器U6的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC4电连接，所述第四运算放大器U6的负输入端口通过电阻R10与第四运算放大器U6的输出端口相连，所述第四运算放大器U6的负输入端口通过电阻R11接地。
作为优选，数模转换端口DAC1的输出电压为VDAC1，数模转换端口DAC2的输出电压为VDAC2，数模转换端口DAC3的输出电压为VDAC3，数模转换端口DAC4的输出电压为VDAC4，第一运算放大器U2的输出电压UAPD1＝(1+R4/R5)*VDAC1；第二运算放大器U3的输出电压UAPD2＝(1+R6/R7)*VDAC2；第三运算放大器U5的输出电压UAPD3＝(1+R8/R9)*VDAC3；第四运算放大器U6的输出电压UAPD4＝(1+R10/R11)*VDAC4。
作为优选，所述升压电路包括升压芯片U1，外部供电电压VCC_IN通过电容C1接地，升压芯片U1的VIN端口和升压芯片U1的EN端口均与外部供电电压VCC_IN相连，外部供电电压VCC_IN通过电感L1和二极管D1与电压输出端口HV相连，升压芯片U1的SW端口与二极管D1的输入端相连，二极管D1的输出端通过电阻R1和电阻R3接地，升压芯片U1的FB端口与电阻R3的输入端相连。
作为优选，升压芯片U1的COMP端口通过电阻R2和电容C3接地。
作为优选，所述电压输出端口HV通过电容C2接地。
作为优选，所述光模块为100G光模块。
作为优选，所述控制器U4为MCU。
作为优选，所述外部供电电压VCC_IN为3.3V。
作为优选，所述电压输出端口HV的输出电压为20V～70V。
本发明具有以下有益效果：
本发明用一路升压电路+运放的方式，实现了多路APD的反向偏压。和传统的4路升压电路对比，减小了PCB的布板面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的多路高压输出电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明实施例提供一种光模块用的多通道高压电路，包括升压电路、控制器U4和运放电路，所述控制器U4为MCU或DAC芯片，所述升压电路的一端接有外部供电电压VCC_IN，所述外部供电电压VCC_IN为3.3V，所述升压电路的另一端为电压输出端口HV，所述电压输出端口HV通过电容C2接地，所述电压输出端口HV的输出电压为20V～70V，所述运放电路包括若干的高压产生电路，各所述高压产生电路的电源端口均与电压输出端口HV电连接，各所述高压产生电路的正输入端口均与控制器U4的数模转换端口电连接，各所述高压产生电路的正输入端口与控制器U4的数模转换端口一一对应。
在本实施例中，所述光模块为100G光模块，所述运放电路包括第一高压产生电路、第二高压产生电路、第三高压产生电路和第四高压产生电路，
所述第一高压产生电路包括第一运算放大器U2、电阻R4和电阻R5，所述第一运算放大器U2的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第一运算放大器U2的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC1电连接，所述第一运算放大器U2的负输入端口通过电阻R4与第一运算放大器U2的输出端口相连，所述第一运算放大器U2的负输入端口通过电阻R5接地，
所述第二高压产生电路包括第二运算放大器U3、电阻R6和电阻R7，所述第二运算放大器U3的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第二运算放大器U3的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC2电连接，所述第二运算放大器U3的负输入端口通过电阻R6与第二运算放大器U3的输出端口相连，所述第二运算放大器U3的负输入端口通过电阻R7接地，
所述第三高压产生电路包括第三运算放大器U5、电阻R8和电阻R9，所述第三运算放大器U5的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第三运算放大器U5的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC3电连接，所述第三运算放大器U5的负输入端口通过电阻R8与第三运算放大器U5的输出端口相连，所述第三运算放大器U5的负输入端口通过电阻R9接地，
所述第四高压产生电路包括第四运算放大器U6、电阻R10和电阻R11，所述第四运算放大器U6的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第四运算放大器U6的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC4电连接，所述第四运算放大器U6的负输入端口通过电阻R10与第四运算放大器U6的输出端口相连，所述第四运算放大器U6的负输入端口通过电阻R11接地。
本发明用一路升压电路+运放的方式，实现了多路APD的反向偏压。和传统的4路升压电路对比，减小了PCB的布板面积。
本电路是为了在光模块的应用中，给多路APD提供不同的高压反偏，并且可以调试，使所有的APD都工作在高增益区。
数模转换端口DAC1的输出电压为VDAC1，数模转换端口DAC2的输出电压为VDAC2，数模转换端口DAC3的输出电压为VDAC3，数模转换端口DAC4的输出电压为VDAC4，第一运算放大器U2的输出电压UAPD1＝(1+R4/R5)*VDAC1；第二运算放大器U3的输出电压UAPD2＝(1+R6/R7)*VDAC2；第三运算放大器U5的输出电压UAPD3＝(1+R8/R9)*VDAC3；第四运算放大器U6的输出电压UAPD4＝(1+R10/R11)*VDAC4。
在本实施例中，所述升压电路包括升压芯片U1，外部供电电压VCC_IN通过电容C1接地，升压芯片U1的VIN端口和升压芯片U1的EN端口均与外部供电电压VCC_IN相连，外部供电电压VCC_IN通过电感L1和二极管D1与电压输出端口HV相连，升压芯片U1的SW端口与二极管D1的输入端相连，二极管D1的输出端通过电阻R1和电阻R3接地，升压芯片U1的FB端口与电阻R3的输入端相连，升压芯片U1的COMP端口通过电阻R2和电容C3接地。
本电路分2部分，虚线方框中为常见的升压电路，VCC_IN为外部供电，通常为3.3V。U1为常见的Boost升压芯片，HV为U1的输出电压，通常在20～70V可调。
第二部分为4路高压的产生电路。U2，U3，U5，U6为4个运算放大器，U4为MCU。运算放大器可以是单颗芯片，也可以是4个单路的芯片。将U1的输出电压给运算放大器做电源，根据运放的特性，则有：
UAPD1＝(1+R4/R5)*VDAC1 公式(一)
UAPD2＝(1+R6/R7)*VDAC2 公式(二)
UAPD3＝(1+R8/R9)*VDAC3 公式(三)
UAPD4＝(1+R10/R11)*VDAC4 公式(四)
公式中VDACx为DAC输出电压，其范围为0～VREF，VREF通常为2.4V，不超过VCC，可以通过软件配置，UAPDx为不同的APD偏压。
本发明的实施步骤如下：
按照图1的方案设计好PCB板；
按照设计文件贴片；
根据公式一到公式四，通过现有的软件算法，输出不同的DAC电压，即可得到多路可调节的高压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块用的多通道高压电路，其特征在于：包括升压电路、控制器U4和运放电路，所述升压电路的一端接有外部供电电压VCC_IN，所述升压电路的另一端为电压输出端口HV，所述运放电路包括若干的高压产生电路，各所述高压产生电路的电源端口均与电压输出端口HV电连接，各所述高压产生电路的正输入端口均与控制器U4的数模转换端口电连接，各所述高压产生电路的正输入端口与控制器U4的数模转换端口一一对应。
2.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述运放电路包括第一高压产生电路、第二高压产生电路、第三高压产生电路和第四高压产生电路，
所述第一高压产生电路包括第一运算放大器U2、电阻R4和电阻R5，所述第一运算放大器U2的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第一运算放大器U2的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC1电连接，所述第一运算放大器U2的负输入端口通过电阻R4与第一运算放大器U2的输出端口相连，所述第一运算放大器U2的负输入端口通过电阻R5接地，
所述第二高压产生电路包括第二运算放大器U3、电阻R6和电阻R7，所述第二运算放大器U3的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第二运算放大器U3的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC2电连接，所述第二运算放大器U3的负输入端口通过电阻R6与第二运算放大器U3的输出端口相连，所述第二运算放大器U3的负输入端口通过电阻R7接地，
所述第三高压产生电路包括第三运算放大器U5、电阻R8和电阻R9，所述第三运算放大器U5的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第三运算放大器U5的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC3电连接，所述第三运算放大器U5的负输入端口通过电阻R8与第三运算放大器U5的输出端口相连，所述第三运算放大器U5的负输入端口通过电阻R9接地，
所述第四高压产生电路包括第四运算放大器U6、电阻R10和电阻R11，所述第四运算放大器U6的电源端口与电压输出端口HV电连接，所述第四运算放大器U6的正输入端口与控制器U4的数模转换端口DAC4电连接，所述第四运算放大器U6的负输入端口通过电阻R10与第四运算放大器U6的输出端口相连，所述第四运算放大器U6的负输入端口通过电阻R11接地。
3.如权利要求2所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：数模转换端口DAC1的输出电压为VDAC1，数模转换端口DAC2的输出电压为VDAC2，数模转换端口DAC3的输出电压为VDAC3，数模转换端口DAC4的输出电压为VDAC4，第一运算放大器U2的输出电压UAPD1＝(1+R4/R5)*VDAC1；第二运算放大器U3的输出电压UAPD2＝(1+R6/R7)*VDAC2；第三运算放大器U5的输出电压UAPD3＝(1+R8/R9)*VDAC3；第四运算放大器U6的输出电压UAPD4＝(1+R10/R11)*VDAC4。
4.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述升压电路包括升压芯片U1，外部供电电压VCC_IN通过电容C1接地，升压芯片U1的VIN端口和升压芯片U1的EN端口均与外部供电电压VCC_IN相连，外部供电电压VCC_IN通过电感L1和二极管D1与电压输出端口HV相连，升压芯片U1的SW端口与二极管D1的输入端相连，二极管D1的输出端通过电阻R1和电阻R3接地，升压芯片U1的FB端口与电阻R3的输入端相连。
5.如权利要求4所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：升压芯片U1的COMP端口通过电阻R2和电容C3接地。
6.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述电压输出端口HV通过电容C2接地。
7.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述光模块为100G光模块。
8.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述控制器U4为MCU。
9.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述外部供电电压VCC_IN为3.3V。
10.如权利要求1所述的光模块用的多通道高压电路，其特征在于：所述电压输出端口HV的输出电压为20V～70V。
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