CN1312844C - 振荡器和用于驱动激光二极管的高频叠加模块 - Google Patents

振荡器和用于驱动激光二极管的高频叠加模块 Download PDF

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Abstract

一种振荡器，包括：振荡有源元件，具有反馈信号输入端子、电源输入端子和驱动信号输出端子；包括电容器和电感器的第一串联电路，连接在反馈信号输入端子和地之间；包括至少两个电容器的第二串联电路，连接在反馈信号输入端子和地之间，其中电容器之一连接在反馈信号输入端子和驱动信号输出端子之间；连接在反馈信号输入端子和电源输入端子之间的第一电阻器；连接在反馈信号输入端子和控制电压输入端之间的第二电阻器；连接在驱动信号输出端子和地之间的第三电阻器；当控制电压输入端接地时，反馈信号输入端子的偏压高于地电位而低于针对振荡有源元件的持续振荡的阈值，并且当控制电压输入端开路时，反馈信号输入端子的偏压高于该阈值。

Description

振荡器和用于驱动激光二极管的高频叠加模块
技术领域
本发明涉及一种用于产生高频信号的振荡器，并涉及一种高频叠加模块，该高频叠加模块包括这种用于驱动激光二极管的振荡器。
背景技术
激光二极管驱动电路是高频振荡电路的各种应用中的一种。在传统的激光二极管驱动电路中，以多路方式驱动激光二极管，在该多路方式中，将高频电流叠加在驱动直流(DC)电流上，从而防止由激光二极管温度的升高而导致的跳模噪声的产生。为了将高频电流叠加到DC电流上，例如日本未审专利申请公开No.7-93758中所公开的那样，使用产生高频信号的振荡电路。
图8是日本未审专利申请公开No.7-93758中所公开的激光二极管驱动电路的电路图。在这个电路中，通过输入端LDA将DC电流提供给激光二极管LD，并通过电源输入端VCC向振荡电路2供电。电阻器R1、R2和R3将预定的DC偏压施加给晶体管Q1。该振荡电路2是科尔皮兹振荡器(Colpitt soscillator)，其振荡频率由电容器C3、C4和C5以及电感器L1和L3的值确定。该振荡电路2的振荡输出通过由电容器C6和C7构成的匹配电路传递给激光二极管LD。图8还示出了振荡控制端RMS和接地端GND。当振荡控制端RMS的电位等于电源输入端VCC的电位时，将预定偏压施加在晶体管Q1的基极上以开始振荡。当振荡控制端RMS开路时，晶体管Q1基极的电位基本为0，从而停止振荡。
如上所述的激光二极管驱动电路需要接通/断开振荡电路。例如，当从DVD上读取数据时，接通振荡电路以叠加用于激光二极管的高频信号，或者当将数据写到DVD上时，断开振荡电路以停止叠加高频信号。遗憾的是，图8所示的传统激光二极管驱动电路要花很长的时间来使振荡电路2开始振荡。这种过程如下所述。如图8所示，当振荡控制端RMS开路(即，未将电压施加到振荡控制端RMS上)时，振荡电路2使晶体管Q1的基极线通过电阻器R2连接到地电平。在这种结构中，当将振荡控制端RMS转换成使其电位等于电源输入端VCC(电源电压)的电位以开始振荡时，振荡电路2需要将晶体管Q1基极线上的电位从地电平提高到所需的电平。换句话说，需要花费时间对电容器C3、C4和C5进行充电直到将晶体管Q1基极的电位提高到所需的电平。
对于用于激光二极管并需要在短时间内启动/停止(activate/deactivate)振荡的系统来说，振荡电路较慢的响应不利地影响了整个系统的响应。简单地说，振荡电路较慢的启动导致了不希望有的情况，在这种情况下，从DVD的读取以及对DVD的写入都需要很长的时间。
已经描述了振荡电路2可应用于激光二极管驱动电路。但是，在需要振荡的启动/停止的快速响应的应用中会发生同样的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了一种具有快速响应的振荡器，即，提供了一种振荡器，该振荡器仅需要很短的过渡时间从振荡状态转换到非振荡状态或反之亦然。
此外，本发明的优选实施例提供了一种用于驱动激光二极管的高频叠加模块，该高频叠加模块包括上述快速响应振荡器，因此减少了激光二极管的高频叠加的接通与关断之间的转换时间。
根据本发明的优选实施例，一种振荡器，包括：振荡有源元件，具有反馈信号输入端子、电源输入端子和驱动信号输出端子；包括电容器和电感器的第一串联电路，连接在反馈信号输入端子和地之间；包括至少两个电容器的第二串联电路，连接在反馈信号输入端子和地之间，其中电容器之一连接在反馈信号输入端子和驱动信号输出端子之间；连接在反馈信号输入端子和电源输入端子之间的第一电阻器；连接在反馈信号输入端子和控制电压输入端之间的第二电阻器；连接在驱动信号输出端子和地之间的第三电阻器；当控制电压输入端接地时，反馈信号输入端子的偏压高于地电位而低于针对振荡有源元件的持续振荡的阈值，并且当控制电压输入端开路时，反馈信号输入端子的偏压高于该阈值。
该方案使得当控制电压输入端开路时，反馈信号输入端(晶体管的基极)的偏压快速地超过预定阈值，从而减少从非振荡状态到振荡状态的过渡时间。同样地，当控制电压输入端接地时，反馈信号输入端(晶体管的基极)的偏压快速地下降到低于阈值，从而减少从振荡状态到非振荡状态的过渡时间。
根据本发明的另一个优选实施例，一种用于驱动激光二极管的高频叠加模块，包括上述用于叠加针对激光二极管的高频电流的振荡器、连接到激光二极管阳极的驱动信号输出端、和连接在驱动信号输出端和振荡器的输出部分之间的阻抗匹配电路。因此，针对激光二极管的高频信号的叠加可以在很短的时间内进行开关转换，从而提高了使用激光二极管的整个系统的响应速度。
通过以下参考附图对优选实施例的详细描述，将使本发明的其它特征、元件、特点和优点变得更明显。
附图说明
图1是根据本发明第一优选实施例的用于驱动激光二极管的高频叠加模块的电路图；
图2包括两条曲线，每一条都示出了当相同电路中的开关接通/断开时，高频叠加模块的振荡电路中的晶体管基极上的电位是如何变化的；
图3是根据本发明第二优选实施例的用于驱动激光二极管的高频叠加模块的电路图；
图4是根据本发明第三优选实施例的用于驱动激光二极管的高频叠加模块的电路图；
图5是根据本发明第四优选实施例的用于驱动激光二极管的高频叠加模块的电路图；
图6是高频叠加模块的截面图；
图7A到7N是图6中所示的陶瓷多层衬底中各层的平面图；以及
图8是传统激光二极管驱动电路的电路图。
具体实施方式
图1是根据本发明第一优选实施例的用于驱动激光二极管LD的高频叠加模块1的电路图。图1中，将包括电容器C8和电感器L2的噪声抑制滤波器电路4设置在电源端LDA和激光二极管LD之间。激光二极管LD具有阳极端Tda和连接到接地端GND上的阴极端Tdc。高频叠加模块1具有用于输出驱动信号的接线端To和接地端Tg。为了操作高频叠加模块1，将接线端To和tg分别与接线端Tda和Tdc相连。如果没有连接高频叠加模块1，则仅通过由电源端LDA提供的DC电流来驱动激光二极管LD。
高频叠加模块1还具有电源输入端VCC和接地端GND。振荡电路2包括连接在晶体管Q1的基极和集电极之间的电阻器R12，和连接在晶体管Q1的发射极和地之间的电阻器R3。电阻器R12和R3一起构成了晶体管Q1的DC偏压电路部分。在晶体管Q1的基极和地之间连接有包括电容器C3和电感器L1的串联电路部分以及电容器C4和C5的串联电路部分。电容器C4和C5之间的节点连接到晶体管Q1的发射极上，以将电容器C4两端的电压施加到晶体管Q1的基极和发射极之间。如上所述构成了科尔皮兹(Colpitts)振荡电路。
电容器C6串联连接在晶体管Q1的发射极和驱动信号输出端To之间，而电容器C7并联连接在驱动信号输出端To和地之间。电容器C6和C7构成了高频叠加模块1和激光二极管LD之间的阻抗匹配电路3。科尔皮兹(Colpitts)振荡电路的振荡频率取决于电容器C3、C4、C5、C6和C7以及电感器L1的值。
在设置在晶体管Q1的发射极和地之间的电阻器R3上，即，从晶体管Q1的发射极上引出振荡信号。以这种方式，将振荡信号发送到激光二极管LD。
经过控制电压输入端Tc的电压输入对振荡进行控制。将开关SW设置在控制电压输入端Tc和接地端GND之间，从而可以通过触发开关SW来接通/断开振荡。当开关SW开路时，晶体管Q1基极的电位取决于电阻器R12和R3之间的标度比以及施加到电源输入端VCC上的电源电压。当断开开关SW(即，控制电压输入端Tc开路)时，根据下面的表达式来确定晶体管Q1基极的电位Vb1：
 Vb1＝Vcc·R3/(R3+R12)其中，Vcc是电源电压。当接通开关SW(即，控制电压输入端Tc的电位等于地电平)时，就根据下面的表达式来确定晶体管Q1基极的电位Vb2：
 Vb2＝Vcc·{R3·R11/(R3+R11)}/{R12+R3·R11/(R3+R11)}其中，Vcc是电源电压。注意，在上面的表达式中，未将从晶体管Q1的基极到发射极的电压降计算进去。在振荡电路2中，晶体管Q1基极的电位必须改变，以满足关系式Vb2＜Vth＜Vb1，其中，Vth是在启动振荡电路2(接通)时和停止振荡电路2(关断)时之间的阈值。换句话说，需要确定偏压电阻器R11、R12和R3的值，从而在晶体管Q1基极的电位为Vb1时使振荡电路2保持接通(启动)，或者在晶体管Q1基极的电位降到Vb2时使振荡电路2断开(停止)。如果将电阻器R3的值固定为一特定值，则可确定电阻器R11和R12的值，以满足上述要求。
图2包括两条曲线，每一条都示出了晶体管基极电位的变化。曲线A示出了根据图1中的开关SW的开关状态而得到的晶体管Q1基极电位的变化。如图所示，当启动振荡电路2(振荡开始)时，在t0时刻断开开关SW时，电位以预定时间常数从Vb2呈指数上升，并在t0a时刻超过阈值Vth。随后，当在t1时刻接通开关SW时，图1中的电容器C3和C4经过电阻器R11和开关SW对地放电，电容器C5经过电阻器R3放电，从而降低了晶体管Q1基极的电位。当电位下降到低于阈值Vth时，在tla时刻停止振荡电路2(振荡停止)。
图2中的曲线B示出了图8中传统振荡电路中的晶体管Q1基极电位的变化。图1中开关SW的断开状态对应于图8中将电位施加给控制端RMS的状态，而图1中开关SW的接通状态对应于图8中控制端RMS开路的状态。如曲线B所示，在将电压施加给控制端RMS时，晶体管Q1基极的电位从0V开始增加，然后在晚于t0a时刻的t0b时刻超过阈值Vth。图8中，包括与晶体管Q1相连的电容器在内的放电电路部分具有较大的放电时间常数，因此，当在t1时刻使控制端RMS开路时，晶体管Q1基极的电位逐渐减小，从而在晚于t1a时刻的t1b时刻下降到阈值Vth以下。
如上所述并如图2中的曲线所示，图1中的振荡电路2可以响应于开关SW的转换而被快速地启动/停止。
在图1的振荡电路2中，可以将偏压电阻器Ra设置在晶体管Q1的基极和地之间。在这种情况下，就需要确定电阻器R11、R12、R3和Ra的值以满足Vb2＜Vth＜Vb1的关系。如果将电阻器R3和Ra固定为一特定值，则需要根据要求确定电阻器R11和R12的值。
图3是根据本发明第二优选实施例的用于驱动激光二极管LD的高频叠加模块1的电路图。在第二优选实施例中，将包括有电阻器R3和电感器L6的串联电路部分设置在晶体管Q1的发射极和地之间。该电感器L6增加了针对高频信号的阻抗以提高振荡输出。
图4是根据本发明第三优选实施例的用于驱动激光二极管LD的高频叠加模块1的电路图。在第三优选实施例中，将包括有并联电路部分(电感器L6和电容器C12)和电阻器R3的串联电路部分设置在晶体管Q1的发射极和地之间。该结构利用电感器L6和电容器C12增加了并联谐振频率。通过使该并联谐振频率与振荡频率相匹配，可以增加振荡输出。
图5是根据本发明第四优选实施例的用于驱动激光二极管LD的高频叠加模块1的电路图。在第四优选实施例中，将电阻器R13设置在晶体管Q1的基极和地之间。该结构相对于电源电压波动减小了晶体管Q1基极偏压的波动，从而稳定了振荡输出。
图6和7A到7N示出了图1中所示的用于驱动激光二极管LD的高频叠加模块1的结构。图6是图1中的高频叠加模块1的截面图。如图所示，高频叠加模块1包括陶瓷多层衬底10，该陶瓷多层衬底10包括具有各种导电图案11的多个叠压陶瓷层。陶瓷多层衬底10除了导电图案11以外还在其内具有通孔12。高频叠加模块1还包括位于其底部的接线端电极13。陶瓷多层衬底10具有位于其上表面的表面安装元件14。用覆盖住陶瓷多层衬底10的侧面和上表面的金属外壳15屏蔽振荡电路2(图1中所示)。
图7A到7N是图6中所示的陶瓷多层衬底10的各层的平面图。图7A到7M是从下面看到的各层。图7A示出了最下面的层，图7M示出了最上面的层。图7M中的层示出了在安装表面上针对芯片元件的图案。图7N是设置有芯片元件的安装表面的俯视图。
图7A示出了接地端G。地电极GND占用了图7B中的层整个表面的大部分面积。将限定了电感器L1的线路设置在图7C和7D中的层上。将限定了电容器C6、C4和C5的电极和地电极设置在图7F到7K中的层上。如图7N所示，将诸如电容器C3和C7、电阻器R3、R11和R12、以及晶体管Q1等芯片元件安装在陶瓷多层衬底10的上表面上。图7A到7N中的附图标记对应于图1中电路元件的各个附图标记。图7A到7N中，两个电容标记的不同仅在于下标a或b，如C6a和C6b，分别表示相同电容器的一个电极和另一个电极。
如上所述，优选地，将电容器和电感器设置在陶瓷多层衬底内，而包括晶体管在内的其它元件都安装在陶瓷多层衬底的顶部，从而有助于用于驱动激光二极管的高频叠加模块的紧凑设计。
本发明并不局限于上述的每个优选实施例，在权利要求所述的范围内各种修改都是可能的。通过将每个不同优选实施例中所公开的技术特征进行适当地组合而得到的实施例也包括在本发明的技术范围内。

Claims (19)

1.一种振荡器，包括：
振荡有源元件(Q1)，具有反馈信号输入端子、电源输入端子和驱动信号输出端子；
包括电容器(C3)和电感器(L1)的第一串联电路，连接在振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子和地之间；
包括至少两个电容器(C4、C5)的第二串联电路，连接在振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子和地之间，其中所述电容器(C4、C5)之一(C4)连接在振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子和驱动信号输出端子之间；
连接在振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子和电源输入端子之间的第一电阻器(R12)；
连接在振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子和控制电压输入端之间的第二电阻器(R11)；
连接在振荡有源元件(Q1)的驱动信号输出端子和地之间的第三电阻器(R3)；
其中第一电阻器(R12)和第二电阻器(R11)具有这样的值，使得当控制电压输入端接地时，振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子的偏压高于地电位而低于针对振荡有源元件(Q1)的持续振荡的阈值，并且当控制电压输入端开路时，振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子的偏压高于该阈值。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于还包括与第三电阻器(R3)串联连接在振荡有源元件(Q1)的驱动信号输出端子和地之间的串联电感器(L6)。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于还包括由电感器(L6)和电容器(C12)构成的并联电路，与第三电阻器(R3)串联连接在振荡有源元件(Q1)的驱动信号输出端子和地之间。
4.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于还包括连接在振荡有源元件(Q1)的反馈信号输入端子和地之间的第四电阻器(R13)。
5.根据权利要求1到4之一所述的振荡器，其特征在于所述振荡器是科尔皮兹振荡器。
6.一种用于驱动激光二极管的高频叠加模块，包括：
根据权利要求1所述的用于叠加针对激光二极管的高频电流的振荡器；
连接到激光二极管的阳极的驱动信号输出端；和
连接在驱动信号输出端和振荡器输出部分之间的阻抗匹配电路。
7.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于，振荡电路部分包括设置在陶瓷多层衬底内的导电图案，和构成振荡电路至少一部分的元件，并将阻抗匹配电路安装在陶瓷多层衬底上。
8.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于还包括设置在电源输入端和激光二极管之间的噪声抑制滤波器电路。
9.根据权利要求8所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于所述噪声抑制滤波器包括电容器和电感器。
10.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于设置包括串联电容器和并联电容器的阻抗匹配电路，以便在振荡电路和激光二极管之间进行阻抗匹配。
11.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于所述振荡电路是科尔皮兹振荡电路。
12.根据权利要求10所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于所述串联电容器串联连接在振荡有源元件的驱动信号输出端子和驱动信号输出端之间。
13.根据权利要求10所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于所述并联电容器并联连接在驱动信号输出端和地之间。
14.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于将包括电阻器和电感器的串联电路设置在振荡有源元件的驱动信号输出端子和地之间。
15.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于将包括并联电路和电阻器的串联电路设置在振荡有源元件的驱动信号输出端子和地之间，其中上述并联电路具有电感器和电容器。
16.根据权利要求6所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于将电阻器设置在振荡有源元件的反馈信号输入端子和地之间。
17.根据权利要求7所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于所述陶瓷多层衬底包括多个在其上设置有导电图案的叠压陶瓷层。
18.根据权利要求7所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于所述陶瓷多层衬底包括多个形成在其中的通孔。
19.根据权利要求7所述的用于驱动激光二极管的高频叠加模块，其特征在于还包括设置成覆盖了所述陶瓷多层衬底的侧边的金属外壳。
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