CN1956283A - 激光二极管控制回路 - Google Patents

Abstract

本发明是有关一种激光二极管的控制回路，其主要结构包括有：一参考电路，是具有可程序化的一参考电流，可依参考电流在一第一端点产生一第一电压，在一第二端点产生一第二电压；及一驱动电路，其一第三端点连接至参考电路的第一端点，一第四端点连接至参考电路的第二端点，并在一输出端产生一驱动电压及一输出电流，可令参考电路的参考电流与驱动电路的输出电流成一正比关系，通过此可依参考电流匹配得到输出电流，使得激光二极管驱动电路的工作范围克服了低电压操作的限制。

Description

激光二极管控制回路

技术领域

本发明涉及的是一种激光二极管的控制回路，尤指一种高速且在低电压操作下的激光二极管控制回路，通过此可依参考电流匹配得到输出电流，使得激光二极管驱动电路的工作范围克服低电压操作的限制。

背景技术

现今电子产业发展一日千里，电子产品的效能要求越来越高，且产品的功能多样化，以至在电路设计越来越复杂。精密复杂的电路操作在高供应电压时，不仅会造成电路高消耗功率及影响电路的反应时间，并且也会降低电路半导体制造过程的良品率。

一般现有的激光二极管驱动电路，其输出驱动电压必须在一较高的电压操作，以确保该激光二极管驱动电路能可维持在一正常工作状态。其主要结构是如图1所示，包括有：一高速开关单元13、一第三晶体管135、一激光二极管11及一负载电阻17。其中该高速开关单元13包括一第一晶体管131及一第二晶体管133。该第一晶体管131及第二晶体管133是可分别为一N型双载子晶体管。

第一晶体管131的集极端经由连接该负载电阻17而连接至一供应电压12。该第二晶体管133的集极端连接该激光二极管11，而激光二极管11与该供应电压12连接。该第一晶体管131的基极端可接收一第一电压141，第二晶体管133的基极端接收一第二电压143。而第一晶体管131及第二晶体管133的射极端与第三晶体管135的集极端共连接，并在第三晶体管135中产生一尾端电流。

该第三晶体管135的射极端与接地点连接，其基极端是接收一输入偏压155使得第三晶体管135可作用在工作区。

上述现有技术的激光二极管驱动电路10在供应电压12使用在高电压时(例：5V)，该供应电压12减掉激光二极管11的临界电压1.8V，其输出驱动电压端19的输出驱动电压仍为3.2V，足以使高速开关单元13及第三晶体管135维持在工作区。因此当供应电压12为5V时，激光二极管的驱动电路10是可以正常操作。

当供应电压12使用在低电压时(例：3.3V)，该供应电压12减掉激光二极管11的临界电压1.8V，其输出驱动电压端19的输出驱动电压只剩1.5V。考虑到电路的导线与串联电阻器的阻抗因素，以及高速开关单元13及第三晶体管135中个别的临界电压Vbe，其输出驱动电压必须大在1.8V，才能使高速开关单元13及第三晶体管135稳定维持在工作区。明显地该供应电压12是不足的，如此将使得该激光二极管的驱动电路10无法正常工作。

低耗电的电路设计是目前主流产品，很多电子产品的供应电压12由以前的高电压(例：5V)的设计，逐渐地使用低电压(例：3.3V)来供应其工作电压，因此使用高电压的现有激光二极管的驱动电路10将无法符合现今电路设计的需求。

为此，如何针对上述现有激光二极管的驱动电路使用高电压操作的缺点，设计出一种具有高速操作且低供应电压的激光二极管的控制电路，此即为本发明的重点。

发明内容

本发明的主要目的是：提供一种激光二极管的控制回路，通过低电压操作以增加该激光二极管驱动电路其输出驱动电压的可操作范围。

本发明的次要目的是：提供一种激光二极管的控制回路，通过该参考电路的参考电流以匹配得到激光二极管控制回路的输出电流，使得激光二极管驱动电路的工作范围克服低电压操作的限制。

本发明的另一目的是：提供一种激光二极管的控制回路，通过低电压操作以节省激光二极管控制回路的功率消耗。

为达成上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种激光二极管的控制回路，其主要结构是包括有：一参考电路，具有可程序化的参考电流，可依该参考电流在一第一端点产生一第一电压，在一第二端点产生一第二电压；及一驱动电路，其一第三端点连接至该参考电路的第一端点，一第四端点连接至该参考电路的第二端点，并在一输出端产生一驱动电压及一输出电流，用以驱动该激光二极管。

本发明的优点是：消耗功率少，产品的成品率高。

为了便于了解本发明的结构特征及所达成的功效，下面结合附图以较佳的实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为现有激光二极管的驱动电路图；

图2为本发明一较佳实施例的电路图。

附图符号说明：10-激光二极管驱动电路；11-激光二极管；12-供应电压；13-高速开关单元；131-第一晶体管；133-第二晶体管；135-第三晶体管；141-第一电压；143-第二电压；155-输入偏压；17-负载电阻；19-输出驱动电压端；20-激光二极管控制回路；22-供应电压；30-驱动电路；31-激光二极管；33-第三高速开关单元；331-第五晶体管；333-第六晶体管；341-第三端点；343-第四端点；35-第二电阻；351-第六端点；37-负载电阻；39-输出端；40-参考电路；41-第二高速开关单元；411-第三晶体管；413-第四晶体管；421-第一端点；423-第二端点；43-第一高速开关单元；431-第一晶体管；433-第二晶体管；441-射极随耦器；45-第一电阻；451-第五端点；47-电流源开关单元；49-电压源；51-电压调节器；53-参考电压端；55-电流源。

具体实施方式

首先，请参阅图2，是为本发一较佳实施例的电路图。如图所示，本发明的激光二极管的控制回路20，其主要是包括有一参考电路40及一驱动电路30。

其中，参考电路40具有一可程序化的参考电流Iref，该参考电流Iref是由一电流源开关单元47产生而成。该电流源开关单元47是可为一P型金氧半晶体管。其闸极端与汲极端连接在一起，而源极端则连接一供应电压22。

除电流源开关单元47外，其参考电路40尚包括有：一第一高速开关单元43、一第二高速开关单元41、一射极随耦器441及一电压调节器51。

其中，第二高速开关单元41包含有一第三晶体管411及一第四晶体管413。该第三晶体管411及第四晶体管413是可分别为一N型双载子晶体管。第三晶体管411及第四晶体管413的基极端分别设定为该参考电路40的第一端点421及第二端点423。第一电压Va见在第一端点421的节点A上，而第二电压Vb见在第二端点423的节点B上。

第三晶体管411及第四晶体管413的射极端相接在第五端点451，该第五端点451并连接一第一电阻45。依此可在第五端点451产生一第五端点电压V1，并得到对该第五端点电压V1成正比且与该第一电阻45成反比的该参考电流Iref。

第三晶体管411的基极端与射极随耦器441及一电流源55共连接在节点A上，通过电流源55的偏压电流使得第二高速开关单元41维持在工作区。

第一高速开关单元43，是包含有一第一晶体管431及一第二晶体管433。该第一晶体管431及第二晶体管433是可分别为一N型双载子晶体管。该第一高速开关单元43是连接在该电流源开关单元47与第二高速开关单元41间。

其中，该第一晶体管431及第二晶体管433的集极端与该电流源开关单元47共连接。该第一晶体管431及第二晶体管433的基极端相互连接，并连接至一电压源49。而该第一晶体管431及第二晶体管433的射极端分别与第二高速开关单元41的第三晶体管411及第四晶体管413的集极端连接。第一晶体管431与第二晶体管433是通过电压源49的偏压使得第一高速开关单元43维持在工作区。

电压调节器51连接在电流源开关单元47的闸极端及汲极端共连接的节点，并通过该电流源开关单元47所产生的参考电流Iref在电压调节器的参考电压端53建立一参考电压Vref。

射极随耦器441是可为一N型双载子晶体管。其集极端连接至供应电压22，而基极端连接电压调节器51，用以接收其所建立的参考电压Vref。依此，射极随耦器441在射极端产生该第一电压Va。而该射极随耦器441的射极端并与电流源55及该参考电路40的第一端点421共连接在节点A。

透过该射极随耦器441在该参考电路40的第一端点421产生该第一电压Va，并利用电流镜的设计在第二端423对应产生第二电压Vb。由在第一晶体管411及第二晶体管413为电流镜的晶体管，因此第一电压Va等于第二电压Vb。

驱动电路30可产生具有|输出电流Iout，该输出电流Iout是由该参考电路40的参考电流Iref匹配得到。该驱动电路30主要包括有：一第三高速开关单元33、一激光二极管31及一负载电阻37。

其中，第三高速开关单元33是包含有一第五晶体管331及一第六晶体管333。该第五晶体管331及第六晶体管333是可分别为一N型双载子晶体管。

第五晶体管331及第六晶体管333的基极端分别设定为该参考电路的第三端点341及第四端点343。其第三端点341连接至该参考电路40的节点A与第一端点421共连接，可令第三端点341的电压准位与第一端点421相同，都是为第一电压Va。

第四端点343连接至该参考电路40的节点B与第二端点423共连接，可令第四端点343的电压准位与第二端点423相同，都是为第二电压Vb。第五晶体管331的集极端经由该负载电阻37连接至该供应电压22。该第六晶体管333的集极端则经由该激光二极管31与该供应电压22连接。第五晶体管331及第六晶体管333的射极端相接在第六端点351，该第六端点351并连接一第二电阻35。依此，在第六端点351产生一第六端点电压V2，并可得到对该第六端点电压V2成正比且与该第二电阻35成反比的输出电流Iout。

在本发明的电路结构的下，参考电路40的第一高速开关单元43、第二高速开关单元41与该驱动电路30的第三高速开关单元33及输出端39都可具有相同的电流密度。且参考电路40的第一电阻45的电阻值可设定为驱动电路30的第二电阻35的整数倍，以电阻值比N∶1为例。并该第一电阻及该第二电阻是分别为可变电阻。

驱动电路30的输出电流Iout与参考电路40的参考电流Iref匹配关是如下列说明。

如上方已陈述者使用方程式表示的：

V₁＝Va-Vbe

V₂＝V₁

$\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Va}-\mathrm{Vbe}}{R2}---\left(1\right)$

$\mathrm{Iref}=\frac{\mathrm{Va}-\mathrm{Vbe}}{R1}$

$\mathrm{Iout}=\frac{R1}{R2}*\mathrm{Iref}$

Vref-Vbe＝Va    …………………………(2)

将第(2)式代入第(1)式可得Iout

$\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Vref}-2\mathrm{Vbe}}{R2}---\left(3\right)$

本发明的激光二极管的控制回路20，考虑到第六晶体管333的临界电压Vbe以及考虑到电路的导线与串联电阻器的阻抗因素，其输出端39的输出驱动电压只须大在0.75V以上。因此，当供应电压22使用在低电压时(例：3.3V)，该供应电压22减掉激光二极管31的临界电压1.8V，其输出驱动电压端19的输出驱动电压尚有1.5V，该输出驱动电压远大在0.75V以上，足以使激光二极管的控制回路20维持正常工作。甚至供应电压22降到低电压2.6V时，仍可正常工作。

由上述可知，本发明激光二极管的控制回路通过该参考电路的设计，可以一参考电流来控制驱动电路的输出电流，使得激光二极管驱动电路的输出驱动电压在低电压0.75V以上时，激光二极管驱动电路依然可以正常操作。

综上所述，当知本发明是有关在一种高速与低电压操作的激光二极管控制回路，通过此可依参考电流去匹配得到输出电流，使得激光二极管驱动电路的工作范围克服低电压操作的限制。

以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括在本发明的申请专利范围内。

Claims (15)

1.一种激光二极管的控制回路，其特征在于，

一参考电路，具有一可程序化的参考电流，依该参考电流在一第一端点产生一第一电压，在一第二端点产生一第二电压；及

一驱动电路，其一第三端点连接至该参考电路的第一端点，一第四端点连接至该参考电路的第二端点，并在一输出端产生一驱动电压及一输出电流，用以驱动该激光二极管。

2.根据权利要求1所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该参考电路包括有：

一电流源开关单元，用以产生该参考电流；

一根据该参考电流而建立该参考电压的电压调节器，其连接该电流源开关单元；

一第一高速开关单元，是连接该电流源开关单元及该电压调节器；

一第二高速开关单元，具有该第一端点与第二端点，另连接一第一电阻在一第五端点；及

一接收该参考电压而产生该第一电压，并令该第二端点产生对应的第二电压的射极随耦器，连接该电压调节器及该第一端点；

其中，该第一电阻的另一端接地，该第五端点产生一第五端点电压，并且该第五端点的电流与该参考电流相等。

3.根据权利要求2所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该电流源开关单元是为一P型金氧半晶体管，其闸极端连接该电压调节器，其源极端连接一供应电压，其汲极端则连接该第一高速开关单元。

4.根据权利要求2所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第一高速开关单元包括有一第一晶体管及一第二晶体管，该第一晶体管及第二晶体管是分别为一N型双载子晶体管。

5.根据权利要求4所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第一晶体管及第二晶体管的集极端是与该电流源开关单元共连接，第一晶体管及第二晶体管的基极端共连接一电压源，而射极端则分别连接至该第二高速开关单元。

6.根据权利要求2所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第二高速开关单元包括有一第三晶体管及一第四晶体管，该第三晶体管及第四晶体管是分别为一N型双载子晶体管。

7.根据权利要求6所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第三晶体管的基极端是为该参考电路的第一端点，并与该射极随耦器及一电流源共连接，该第四晶体管的基极端是为该参考电路的第二端点，而该第三晶体管及第四晶体管的集极端分别连接至该第四高速开关单元，该第三晶体管及第四晶体管的射极端与该第一电阻共连接在该第五端点。

8.根据权利要求2所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该射极随耦器是为一N型双载子晶体管，其集极端与一供应电压连接，基极端连接该电压调节器，用以接收该参考电压，其射极端是与一电流源及该参考第电路的第一端点共连接。

9.根据权利要求1所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该驱动电路包括有：

一第三高速开关单元，具有该第三端点与第四端点，分别连接至该参考电路的第一端点及第二端点，另连接一第二电阻在一第六端点；

该激光二极管，连接在该第三高速开关单元的一输出端与一供应电压之间；及

一负载电阻，连接在该第三高速开关单元与该供应电压之间，用以保护该激光二极管。

10.根据权利要求9所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该其中该第三高速开关单元包含一第五晶体管及一第六晶体管，该第五晶体管及第六晶体管是分别为一N型双载子晶体管。

11.根据权利要求10所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第五晶体管的集极端连接该负载电阻，该第六晶体管的集极端连接该激光二极管，而该第五晶体管与第六晶体管的基极端是分别为该驱动电路的第三端点与第四端点，分别与该参考电路的第一端点与第二端点连接，该第五晶体管及第六晶体管的射极端则与该第二电阻共连接在该第六端点。

12.根据权利要求4、6、或9所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第一高速开关单元、第二高速开关单元、第三高速开关单元及该输出电流是具有相同的电流密度。

13.根据权利要求2或9所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第一电阻的电阻值是为第二电阻的整数倍。

14.根据权利要求2或9所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该第一电阻及该第二电阻是分别为可变电阻。

15.根据权利要求1所述的激光二极管的控制回路，其特征在于，该驱动电路的输出电流与该参考电路的参考电流成一正比关系。

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