CN1925239A - 激光二极管驱动电路及其控制方法和用于驱动激光二极管的半导体集成电路 - Google Patents

激光二极管驱动电路及其控制方法和用于驱动激光二极管的半导体集成电路 Download PDF

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Abstract

一种激光二极管驱动电路，利用单电压源驱动高功率激光二极管。所述激光二极管驱动电路包括：电压电平移动器，用于将模拟信号处理器的输出电压转换为预定电平的电压；电压加法器，将根据光盘的记录或再现模式的预定电压加至电平移动电压；和放大器，响应于所述增加的电压放大电源单元的电流信号，将放大的电流信号输出至激光二极管。

Description

激光二极管驱动电路及其控制方法和用于驱动激光二极管的 半导体集成电路
技术领域
本发明的一个方面涉及激光二极管驱动电路，尤其涉及一种利用单电压源和NPN晶体管驱动高功率激光二极管(也称为高输出激光二极管)的激光二极管驱动电路。
背景技术
通常，为了再现记录在光盘上的数据，电流信号施加在激光二极管上以产生激光束，所述激光束照射在光盘上以产生反射光，所述反射光的强度通过光电二极管检测，检测到的光强度被转换为电信号，所述电信号通过再现信号处理器转换为射频(RF)信号，所述RF信号由所述再现信号处理器读取，从而读取记录在光盘上的数据。
激光二极管的输出信号根据由环境因素(例如温度)导致的恒定电流而变化。如果激光二极管的输出信号变化，反射光的强度也变化，导致很难从光盘检测数据。因此，当在光盘上记录数据或者从光盘再现数据时，激光二极管的输出信号必须得到恒定地保持。
为了恒定地保持激光二极管的输出信号，在用于在光盘上记录数据或者从光盘再现数据的装置(下面称为光记录/再现装置)包括激光二极管驱动电路，用于恒定地控制激光二极管的输出信号。为了恒定地控制激光二极管的输出信号，反馈结构通常形成在光学拾取单元、模拟信号处理器和激光二极管驱动器之间。用于光记录/再现装置的传统激光功率控制装置在韩国专利公开出版物2000-40989公开。上述激光功率控制装置包括光电二极管、高频信号探测器和控制单元，所述控制单元基于高频信号的变化控制激光二极管的输入信号电平，从而使激光二极管能够恒定地保持预定的激光功率。
图1是说明传统高能功率激光二极管的框图。所述传统激光二极管驱动电路利用电压-电流(V/I)转换器210将模拟信号处理器的第二增益控制放大器126的输出电压转换为电流信号。在这种情况下，电流加法器220将根据再现或记录模式而不同地确定的电流值加到由V/I转换器210产生的电流信号中。
多路复用器(MUX)230从微处理器(未示出)接收控制信号，并根据接收的电流信号将再现DAC(数字-模拟转换器)232的电流信号或者记录DAC 234的电流信号施加在电流加法器220。
电流加法器220的输出电流信号由电流放大器240放大。高频调制(HFM)发生器250输出几百MHz的预定AC波形以从由激光二极管产生的光信号或者从光盘反射的光信号除去光干涉效应。叠加在高频信号上的电流信号通过电容器252发送至基极接地PNP晶体管260的发射极引出端。
施加在PNP晶体管260的发射极的电压值大约为1V。为了输出高功率激光二极管的光信号，阈值电压必须是发射红色光线信号的二极管270的阈值电压的几乎两倍，并且还需要对应于几十mA的电流信号，从而从电流放大器240接收的电流信号很难满足阈值电压。因此，需要能够产生-5V电压的负电压发生器280以保证所需激光输出量。
传统上，需要多个电源单元(5V，-5V)以驱动高功率激光二极管，从而-5V的电源电压需要另外的电源单元。并且，V/I转换器和电流放大器是必不可少的部件，从而导致生产成本上升。
负电压发生器280需要电路元件，例如电感器和电容器，从而很难将激光器驱动电路制造为集成电路(IC)芯片。并且还需要例如DC/DC转换器等高价元件，导致生产成本上升。
发明内容
本发明的一个方面提供一种激光二极管驱动电路，用于利用单电源单元恒定地保持从高功率二极管激光器发射的光信号，从而电路结构被简化并且电路的生产成本降低。
根据本发明的一个方面，上述和/或其他方面可以通过提供一种激光二极管驱动电路来实现，所述激光二极管驱动电路包括：电压电平移动器(shifter)，用于将模拟信号处理器的输出电压转换为预定电平的电压；电压加法器，将根据光盘的记录或再现模式的预定电压加至电平移动电压；和放大器，接收所述增加的电压，放大电源单元的电流信号，并将放大的电流信号输出至激光二极管。
所述激光二极管电路还包括：多路复用器(MUX)，在从控制器接收到控制信号时将根据光盘的记录或再现模式的预定电压施加至所述电压加法器。
所述激光二极管驱动电路可以由单电压源驱动。所述单电压源可以是产生大约6V至大约12V电压的电压源。
向所述激光二极管提供电源信号的电源单元利用单电压源将预定电压传输至所述电压电平移动器、电压加法器和晶体管。
接收所述增加的电压的所述放大器可以是NPN晶体管。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制激光二极管驱动电路的方法，所述激光二极管驱动电路输出驱动电流信号以驱动光盘记录/再现系统中包含的激光二极管，所述方法包括：接收模拟信号处理器的输出电压，并将接收的输出电压转换为预定电平的电压；根据光盘的记录或再现模式将预定电压加至电平移动电压；接收所述增加的电压，放大电源单元的电流信号，并控制所述驱动电流的输出操作。
所述激光二极管的驱动电流的输出操作的控制可以使用单电压源并且所述电源单元的电流信号放大操作可以采用NPN晶体管进行。
根据本发明的再一方面，提供了一种驱动激光二极管的半导体集成电路(IC)，包括：电压电平移动器，用于将模拟信号处理器的输出电压转换为预定电平的电压；电压加法器，将根据光盘的记录或再现模式的预定电压加至电平移动电压；和放大器，接收所述增加的电压，放大电源单元的电流信号，并将放大的电流信号输出至激光二极管。放大所述电源单元的电流信号的放大器可以是NPN晶体管。
本发明的另外方面和/或优点将部分地在下述说明中得到阐述，部分地从说明中是显而易见的，或者可以通过实施本发明而得到了解。
附图说明
从下面结合附图对实施例的说明中，本发明的上述和/或其他方面和/或优点将变得显而易见并易于理解，其中：
图1是驱动传统高能功率激光二极管的电路的框图；
图2是自动地保持从一般激光二极管发射的输出信号的电路的框图；
图3是驱动根据本发明一个方面的高能功率激光二极管的电路的框图；
图4根据本发明一个方面电压电平移动器和电压加法器的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的实施例，其中在全文中相似的附图标记表示相似部件。对实施例的说明旨在通过参照附图对本发明进行解释。
图2是自动地保持从一般激光二极管发射的输出信号的电路的框图。图2所示电路包括拾取单元110、驱动激光二极管的激光二极管驱动电路130和模拟信号处理器120。
拾取单元110包括：发射激光束的激光二极管112；改变入射激光束传输方向的分束器114；物镜116，设置在分束器114和光盘100之间，将入射激光束聚焦在光盘100上；光电二极管，接收从光盘100反射的光信号，并将接收的光信号转换为电流信号；前端光电二极管(FPD)119，接收从所述光电二极管发射的激光束的某些部分，并将所述接收的激光束部分转换为与接收的激光束的量对应的光量电压信号。在这种情况下，大多数激光束施加于物镜116，并且某些激光束施加至FPD119。
模拟信号处理器120包括：第一增益控制放大器122，第一增益控制放大器122从FPD119接收所述光量电压信号，并放大接收的光量电压信号；电平移动器124，将通过第一增益控制放大器122放大的电压信号转换为预定电平电压；和第二增益控制放大器126，用于放大所述电平移动电压信号。电压信号的增益由增益控制放大器122和126分开地放大，因为在使用单增益控制放大器的情况下，单增益控制放大器可能由于大增益的放大而饱和。由第二增益控制放大器126放大的电压信号未达到驱动高功率激光二极管的一般阈值电压(即4V)。
激光二极管驱动电路130从第二增益控制放大器126接收输出电压信号并将驱动电流信号传输至激光二极管112，从而激光二极管112由所述驱动电流信号驱动。
图3是驱动根据本发明一个方面的高能功率激光二极管的电路的框图，例如图2所示的激光二极管驱动电路。所述激光二极管驱动电路包括电压电平移动器310、电压加法器330、多路复用器(MUX)350、NPN晶体管340和高频发生器250。电压电平移动器310将第二增益控制放大器126的输出电压转换为零与电压源320的输出电压之间的预定电平电压。电压加法器330将用于记录或再现操作的预定电压加至由电压电平移动器310产生的电平移动电压。多路复用器(MUX)350根据控制器(未示出)的控制信号将用于记录或再现操作的预定电压施加至电压加法器330。NPN晶体管340在基极引出端通过电阻器R2接收电压加法器330的输出电压，在集电极引出端通过电阻器R1接收由电压源(Vh)320产生的电流信号，放大在基极引出端接收的电压信号，并通过发射极引出端将放大的电流信号输出至激光二极管260。高频发生器250通过电容器252将几百MHz的高频信号叠加在放大的电流信号上，以减小激光二极管的输出光信号与从光盘100反射的其他光信号之间的干涉。电压电平移动器310包括运算放大器410和相关的偏压和缩放电阻器(未编号)，并且电压加法器330包括运算放大器420和相关的偏压和缩放电阻器(未编号)。
下面将参照图3和4说明根据本发明的激光二极管的操作。通常，高功率激光二极管不仅需要4V的阈值电压(大约是发射一般红色光线信号的激光二极管的阈值电压两倍)，而且还需要几十mA，从而需要电流放大器或者负电压发生器以满足上述4V的阈值电压和几十mA。因为模拟信号处理器120的输出电压未达到高功率激光二极管的阈值电压，从而需要电流放大器或者负电压发生器以从所述激光二极管112获得需要的光能数量。
模拟信号处理器120的输出电压根据激光二极管驱动系统中使用的电压电平而电平移动。所述移动电平通过调整V1和V2的电压而获得。因此，电压V1和V2可以根据将被移动的电平而不同地确定。
电压加法器330根据各个记录/再现模式将不同的电压值加至电平移动的模拟信号处理器120的输出电压。电压加法器330根据各个记录/再现模式将不同的电压值加至电平移动的模拟信号处理器120的输出电压是因为在记录模式过程中产生的光量与在再现模式过程中产生的光量之间存在差异。
在从控制器(未示出)接收到控制信号时，MUX 350将从记录DAC 354和再现DAC 352接收的各个预定量电压信号施加至电压加法器330。
如果电压加法器330产生适合各个模式的电压信号，电流信号通过电阻器R2施加至NPN晶体管340的基极引出端。响应于所述基极信号，NPN晶体管340放大通过电阻器R1在NPN晶体管340的集电极引出端接收的另一个电流信号，以驱动电压源320的激光二极管，并且放大的电流信号通过NPN晶体管340的发射极引出端被传输至激光二极管。在这种情况下，电压源等于大约6V至大约12V的电压源，高于传统电压源。高于4V的阈值电压的电压必须被施加至激光二极管，以考虑到通常加载在NPN晶体管上的1V的电压和电阻器中的电压降而保证需要的输出光信号，从而必须采用5V或更高的电压源。需要6V或更高的电压源以获得优选电平的输出光信号。但是，需要指出，随着技术的发展，例如新的激光二极管的发展，上述电压源的最下限可以进一步减小。因此，所用电压的最下限被认为是使用单电源电压获取所需要光输出量的最小电压。由于光输出量根据记录/再现模式而适当地确定，施加在激光二极管上的非常高的电压对于光盘的记录/再现操作是不需要的。考虑到记录/再现系统的一般用途，12V的电压可以被设置为最大电压。但是，虽然利用限流电阻等可以使用较高电压源以限制通过激光二极管的电流，对于效率而言不需要较高电压源。
如图3所示，虽然NPN晶体管340适于放大电压源的电流信号，需要指出，也可以采用执行其他功能的其他电路元件(例如MOSFET等)。在结型晶体管(例如NPN晶体管)用于所述晶体管340的情况下，发射极和集电极可以被称为主端子，基极可以被称为控制端子。在使用场效应晶体管(例如MOSFET晶体管)的情况下，源极和漏极可以被称为主端子，栅极可以被称为控制端子。实施例并不局限于使用NPN晶体管。例如，可以使用PNP晶体管，其电压加法器330的输出信号电平适当变化。
用于从光盘读取数据的照射在光盘上的激光束和从光盘反射的光信号使用相同路径，导致由于干涉现象造成的读取数据恶化的发生。为了防止读取数据被恶化，对应于几百MHz的高频信号通常被叠加在施加于激光二极管260的驱动电流上。高频信号由HFM发生器250产生，并通过电容器252作为驱动电流施加至激光二极管260。
激光二极管260在从电容器252接收驱动信号时输出高功率激光束。大多数激光束照射在光盘上，某些激光束在FPD 119中接收以执行反馈控制操作。
根据本发明的激光二极管驱动电路可以驱动激光二极管而不使用负电压发生器，构成反馈电路而不使用V/I转换器和电流放大器等，并自动地调整激光二极管的输出光信号。
图4根据本发明一个方面的电压电平移动器310和电压加法器330的框图。如图4所示，模拟信号处理器120的第二增益控制放大器126的输出电压和移动电平电压V2在电压电平移动器310的非倒相输入端接收，基准电压V1在电压电平移动器310的倒相输入端接收，从而DC电压移动预定的电平，并且由电压电平移动器310产生移动DC电压。
电压电平移动器310的移动电平输出电压在电压加法器330的非倒相输入端接收。电压加法器330根据控制器(未示出)的控制信号将各个记录/再现模式的电压值加在移动电平输出电压上，并将增加后的结果输出至连接在晶体管340基极引出端的电阻器R2，如图3所示。在再现模式中，恒定DC电压加至电平移动输出电压。但是，在记录模式中，根据记录数据种类设定的电压加至电平移动输出电压。因此，在记录模式中，随着将记录的数据而在短时间内变化的电压被施加至电压加法器330。
所述激光二极管驱动电路由单电压源驱动，从而其不需要包括电感器的负电压发生器280。因此，所述激光二极管驱动电路可以IC芯片形式构建在通用基片上，从而IC芯片可以使光盘设备具有较低重量和较薄的外形。
从上述说明可以明显看出，激光二极管驱动电路可以操作以利用单电压源保持激光二极管的输出光信号，并且不需要负电压发生器和V/I转换器等，从而实现简单的电路结构和降低的生产成本。
另外，本发明的实施例不需要负电压发生器，从而激光二极管驱动电路更易于包括在IC芯片等中，能够使制造的产品更薄，并具有更低重量和生产成本。
尽管显示和说明了本发明的一些实施例，普通技术人员可以认识到，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对本发明的实施例进行改变，本发明的保护范围限定于所附权利要求书及其等同物中。

Claims (20)

1.一种激光二极管驱动电路，包括：
电压电平移动器，用于将模拟信号处理器的输出电压转换为预定电平的电压；
电压加法器，将根据光盘的记录或再现模式的预定电压加至电平移动电压；和
放大器，响应于所述增加的电压，将放大的电流信号输出至激光二极管。
2.根据权利要求1所述的激光二极管驱动电路，还包括：
多路复用器，响应于控制器发出的控制信号，将根据记录或再现模式的预定电压施加至所述电压加法器。
3.根据权利要求1所述的激光二极管驱动电路，其中，所述激光二极管驱动电路由单电压源驱动。
4.根据权利要求3所述的激光二极管驱动电路，其中，所述单电压源是大约6V至大约12V的电压源。
5.根据权利要求1所述的激光二极管驱动电路，其中：
所述放大器还包括将放大的电流信号输出至所述激光二极管的晶体管，并且，
电源信号利用单电压源将预定电压传输至所述电压电平移动器、电压加法器和晶体管。
6.根据权利要求5所述的激光二极管驱动电路，其中所述放大器是NPN晶体管。
7.一种控制激光二极管驱动电路的方法，所述激光二极管驱动电路输出驱动电流信号以驱动光盘记录/再现系统中包含的激光二极管，所述方法包括：
将模拟信号处理器的输出电压转换为预定电平的电压；
根据光盘的记录或再现模式将预定电压加至电平移动电压；和
放大电源单元的电流信号，并控制所述驱动电流的输出操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述激光二极管的驱动电流的输出操作的控制使用单电压源。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述电源单元的电流信号放大操作采用NPN晶体管进行。
10.一种驱动激光二极管的半导体集成电路(IC)，包括：
基片；
电压电平移动器，用于将模拟信号处理器的输出电压转换为预定电平的电压；
电压加法器，将根据光盘的记录或再现模式的预定电压加至电平移动电压；和
放大器，接收所述增加的电压，放大电源单元的电流信号，并将放大的电流信号输出至激光二极管，其中：
所述电压电平移动器、电压加法器和放大器形成在所述基片上。
11.根据权利要求10所述的半导体集成电路(IC)，其中放大所述电源单元的电流信号的放大器包括NPN晶体管电路。
12.一种用于调节提供至用于再现和/或记录光盘的设备中的激光二极管的功率的电路，所述激光二极管调节电路包括：
电压电平移动器，用于将模拟信号处理器的输出电压转换为具有非零值的预定电压电平；和
放大器，根据所述光盘设备的操作模式将预定电压加至电平移动电压并响应于增加的电压控制通过激光二极管的电流，其中：
所述电压电平移动器和放大器都由具有相同极性的电压源操作。
13.根据权利要求12所述的激光二极管调节电路，其中所述放大器还包括：
运算放大器，其将所述预定电压和电平移动电压相加并输出控制信号；和
晶体管，其具有第一和第二主端子和控制端子，其中所述受控电流响应于所述控制信号流过所述主端子。
14.根据权利要求13所述的激光二极管调节电路，其中所述晶体管是结型晶体管。
15.根据权利要求13所述的激光二极管调节电路，其中所述晶体管是场效应晶体管。
16.根据权利要求12所述的激光二极管调节电路，其中：
用于所述装置的再现模式的预定电压电平不同于用于所述装置的记录模式的预定电压。
17.一种用于调节提供至用于再现和/或记录光盘的设备中的激光二极管的功率的电路，所述激光二极管调节电路包括：
驱动电路，所述驱动电路：
用于将模拟信号处理器的输出电压转换为具有非零值的预定电压电平；和
根据所述光盘设备的操作模式将预定电压加至电平移动电压；和
受驱电路，其响应于增加的电压控制提供至激光二极管的功率，
其中所述驱动电路和所述受驱电路都由具有相同极性的电压源操作。
18.根据权利要求17所述的激光二极管调节电路，其中所述受驱电路包括控制提供至所述激光二极管的功率的结型晶体管。
19.根据权利要求17所述的激光二极管调节电路，其中所述受驱电路包括控制提供至所述激光二极管的功率的场效应晶体管。
20.根据权利要求17所述的激光二极管调节电路，还包括：
多路复用器，其选择第一电压或者第二电压作为预定电压，其中所述第一电压和第二电压分别对应于所述设备的记录模式和再现模式。
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