CN201153258Y

CN201153258Y - 雪崩光电二极管偏置电路及具有所述电路的光传输设备

Info

Publication number: CN201153258Y
Application number: CNU2008200163066U
Authority: CN
Inventors: 张华�; 张春刚
Original assignee: HAISENSE PHOTOELECTRIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd QINGDAO
Current assignee: HAISENSE PHOTOELECTRIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd QINGDAO
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2018-01-08

Abstract

本实用新型公开了一种雪崩光电二极管偏置电路及具有所述电路的光传输设备，包括直流电源输入端、PWM升压变换器、蓄流电感和倍压电路；其中，所述蓄流电感的一端连接直流电源输入端，另一端一方面连接PWM升压变换器的PWM输出端，另一方面连接倍压电路；所述倍压电路在PWM升压变换器输出的PWM信号的控制下，对蓄流电感输出的电压进行升压处理后通过其输出端一方面连接雪崩光电二极管的偏置电压端，另一方面通过采样电路连接所述PWM升压变换器的反馈端。该APD偏置电路采用PWM方式控制升压电路工作，不仅扩大了输入电压范围，而且可以对APD器件提供可靠稳定的偏置工作电压，电路调节简单，便于控制，方便批量生产和转化。

Description

雪崩光电二极管偏置电路及具有所述电路的光传输设备

技术领域

本实用新型属于光通信电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于雪崩光电二极管的高性价比高压直流偏置电路及应用该电路的光传输设备。

背景技术

在目前的光通信领域中，光传输设备中的传输通讯电路普遍采用雪崩光电二极管APD(Avalanche Photodiodes)作为接收单元。雪崩光电二极管APD由于具有高增益、高灵敏度等显著特性，因此被广泛应用于长距离传输的光通讯系统中。APD工作时需要较高的直流偏置电压，传统用于APD的直流偏置电路普遍存在噪声大、输出电压纹波大、不稳定、输入电压范围小、对供电电压本身要求比较高、成本较高等缺陷，因此，严重影响了光传输设备的工作性能，不利于其长远发展。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有用于APD的直流偏置电路输出电压纹波大、不稳定的缺陷，提供了一种高性价比的雪崩光电二极管偏置电路，通过对作用于雪崩光电二极管的直流高压偏置电路进行全新设计，可以对昂贵的雪崩光电二极管APD提供低噪声且稳定可靠的偏置工作电压。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种雪崩光电二极管偏置电路，包括直流电源输入端、PWM升压变换器、蓄流电感和倍压电路；其中，所述蓄流电感的一端连接直流电源输入端，另一端一方面连接PWM升压变换器的PWM输出端，另一方面连接倍压电路；所述倍压电路在PWM升压变换器输出的PWM信号的控制下，对蓄流电感输出的电压进行升压处理后通过其输出端一方面连接雪崩光电二极管的偏置电压端，另一方面通过采样电路连接所述PWM升压变换器的反馈端。

进一步的，在所述倍压电路中包含有三个蓄能电容和三个二极管；其中，第一蓄能电容的一端一方面连接所述的蓄流电感，另一方面连接第一二极管的阳极，另一端连接第三二极管的阳极；所述第一二极管的阴极一方面通过第二蓄能电容接地，另一方面通过第二二极管连接第三二极管的阳极；所述第三二极管的阴极一方面通过第三蓄能电容接地，另一方面连接倍压电路的输出端。

优选的，所述三个二极管均选用超高速恢复二极管。

又进一步的，所述倍压电路的输出端通过滤波电路连接所述雪崩光电二极管的偏置电压端。

再进一步的，所述采样电路是由多个分压电阻连接而成的分压网络，其分压节点连接所述PWM升压变换器的反馈端。所述PWM升压变换器根据接收到的反馈电压调节其输出的PWM信号的占空比，进而控制倍压电路输出稳定的直流高压，以向APD器件提供可靠的偏置工作电压。

更进一步的，所述直流电源输入端通过另一端接地的滤波电容分别与所述的蓄流电感和PWM升压变换器的电源端相连接，用以向所述偏置电路提供稳定的低压直流工作电源。

基于上述偏置电路结构，本实用新型又提供了一种光传输设备，在其接收单元中包含有雪崩光电二极管和与所述雪崩光电二极管的偏置电压端相连接的偏置电路。为了向雪崩光电二极管提供稳定可靠的偏置电压，在所述偏置电路中设置了PWM升压变换器、蓄流电感和倍压电路；其中，所述蓄流电感通过直流电源输入端连接直流电源，在PWM升压变换器输出的PWM信号的控制作用下间断性地向倍压电路输出电压；所述倍压电路利用其内部的蓄能电容充电，进而升压成雪崩光电二极管所需的偏置电压，经滤波电路输出至所述雪崩光电二极管的偏置电压端，并通过采样电路向所述PWM升压变换器提供反馈电压，以调节其输出的PWM信号的占空比，进而达到确保偏置电路输出电压稳定的设计目的。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的APD偏置电路采用PWM方式控制升压电路工作，不仅扩大了输入电压范围(可以选择从3V到11V的直流电压作为输入电压)，而且输出电压范围可高达71V，可以对昂贵的APD器件提供低噪声且稳定可靠的偏置工作电压。此外，所述APD偏置电路的输出电压具有温度补偿功能，可根据选用的APD响应曲线，在整个工作温度范围内进行模拟补偿，进而达到最佳灵敏度效果。整个偏置电路调节简单，便于控制，方便批量生产和转化。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的APD偏置电路的一种实施例的电路原理图；

图2是APD器件的内部电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地说明。

本实用新型通过采用PWM脉宽调制方式设计升压电路，可以有效控制升压电路的输出电压幅值保持在设定的范围内，进而为APD器件提供稳定可靠的反向偏置工作电压，解决目前APD偏置电路噪声大、输出不稳定且成本高等问题，可广泛应用于光模块的APD反向偏置电路中，应用前景十分广阔。

实施例一，参见图1所示，本实施例具体列举了一种实现本实用新型所提出的高性价比APD偏置电路的电路组成结构，包括直流电源输入端RX_POWER、PWM升压变换器U6、蓄流电感L33以及由三个蓄能电容C92、C86、C4 3和三个二极管D6、D10、D11组成的倍压电路等几部分。其中，PWM升压变换器U6可以采用型号为MAX5026的集成芯片或者其他具有PWM信号输出功能的分立电路或者集成芯片实现，本实施例对此不进行具体限制。为了提高输出电压的稳定性，所述二极管D6、D10、D11优选采用超高速恢复二极管实现。蓄流电感L33采用耐大电流电感器件实现，一端连接直流电源输入端RX_POWER，并通过相互并联的滤波电容C33、C35、C36、C41、C42、C46、C47接地；另一端一方面连接PWM升压变换器U6的PWM输出端LX，另一方面连接倍压电路的输入端。在所述倍压电路中，第一蓄能电容C92的一端一方面连接蓄流电感L33，另一方面连接第一二极管D6的阳极，另一端连接第三二极管D11的阳极；所述第一二极管D6的阴极一方面通过第二蓄能电容C86接地，另一方面通过第二二极管D10连接第三二极管D11的阳极；所述第三二极管D11的阴极通过第三蓄能电容C43接地，并作为倍压电路的输出端经由电阻R105和电容C45组成的滤波电路对其输出的直流高压进行滤波处理后，一方面经限流电阻R110连接APD器件的偏置电压端VAPD，向APD器件提供稳定的直流偏置工作电压；另一方面通过由多个分压电阻R111、R50、R51、R55、R49、R48、R13、R18组成的采样电路连接PWM升压变换器U6的反馈端FB，向其反馈电压输出情况。PWM升压变换器U6可以根据接收到的反馈电压值及时地调节其输出的PWM信号的占空比，进而控制蓄流电感L33向倍压电路输出电压的时序，以确保偏置电路输出稳定可靠的直流高压，满足后续APD器件的工作需求。

另外，PWM升压变换器U6的电源端VCC和低电平有效的关断控制端SHDN均通过滤波电容C33、C35、C36、C41、C42、C46、C47连接直流电源输入端RX_POWER，使PWM升压变换器U6在系统上电后即进入工作状态；滤波电容C37连接在PWM升压变换器U6的反馈端FB与地之间，对通过采样电路输出的反馈电压进行滤波处理，以确保PWM升压变换器U6准确工作。

直流电源通过直流电源输入端RX_POWER引入偏置电路，为偏置电路提供工作电压。所述直流电源的幅值可以在3V到11V之间任意选择，本实施例以3.3V为例具体阐述所述偏置电路的工作过程。

具有APD器件和所述偏置电路的系统电路上电运行后，PWM升压变换器U6中内置的MOS管处于关断状态，此时蓄流电感L33开始充电；在PWM升压变换器U6中内置有1.25V基准电压，设定的输出电压通过采样电路反馈至PWM升压变换器U6的反馈端FB，与基准电压进行比较，当输出电压未达到设定电压时，PWM升压变换器U6内置的MOS管开启，此时蓄流电感L33开始放电，控制超高速恢复二极管D6、D10、D11导通，给蓄能电容C92、C86充电；当采样电路检测到输出电压达到设定值后，即反馈至PWM升压变换器U6的反馈电压达到基准电压值后，PWM升压变换器U6控制其内置的MOS管关断，使蓄流电感L33重新开始充电，超高速恢复二极管D6、D10、D11反向截止，此时，蓄能电容C43中存储了由蓄能电容C92、C86转移过来的电荷，此电压值可以高达71V，用于向APD器件提供稳定的偏置工作电压。所述APD器件的内部电路结构参见图2所示，输出差分信号RD+、RD-。PWM升压变换器U6内置的MOS管工作在一个非连续模式下，可以确保偏置电路输出稳定的设定电压。

本实用新型的高性价比APD反向偏置电路提供低噪声的APD偏置电压，有效地控制APD升压电路的输出值在设定范围内，模拟出APD响应曲线，达到最佳的灵敏度，采用高度集成的IC芯片带来较低的成本，可以广泛应用于其传输通讯电路采用APD器件作为接收单元的光传输设备中，以改善设备的工作性能。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式而已，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种雪崩光电二极管偏置电路，其特征在于：包括直流电源输入端、PWM升压变换器、蓄流电感和倍压电路；其中，所述蓄流电感的一端连接直流电源输入端，另一端一方面连接PWM升压变换器的PWM输出端，另一方面连接倍压电路；所述倍压电路在PWM升压变换器输出的PWM信号的控制下，对蓄流电感输出的电压进行升压处理后通过其输出端一方面连接雪崩光电二极管的偏置电压端，另一方面通过采样电路连接所述PWM升压变换器的反馈端。

2、根据权利要求1所述的雪崩光电二极管偏置电路，其特征在于：在所述倍压电路中包含有三个蓄能电容和三个二极管；其中，第一蓄能电容的一端一方面连接所述的蓄流电感，另一方面连接第一二极管的阳极，另一端连接第三二极管的阳极；所述第一二极管的阴极一方面通过第二蓄能电容接地，另一方面通过第二二极管连接第三二极管的阳极；所述第三二极管的阴极一方面通过第三蓄能电容接地，另一方面连接倍压电路的输出端。

3、根据权利要求2所述的雪崩光电二极管偏置电路，其特征在于：所述三个二极管为超高速恢复二极管。

4、根据权利要求1或2或3所述的雪崩光电二极管偏置电路，其特征在于：所述倍压电路的输出端通过滤波电路连接所述雪崩光电二极管的偏置电压端。

5、根据权利要求4所述的雪崩光电二极管偏置电路，其特征在于：所述采样电路是由多个分压电阻连接而成的分压网络，其分压节点连接所述PWM升压变换器的反馈端。

6、根据权利要求5所述的雪崩光电二极管偏置电路，其特征在于：所述直流电源输入端通过滤波电容分别与所述的蓄流电感和PWM升压变换器的电源端相连接。

7、一种光传输设备，在其接收单元中包含有雪崩光电二极管和与所述雪崩光电二极管的偏置电压端相连接的偏置电路，其特征在于：在所述偏置电路中包括直流电源输入端、PWM升压变换器、蓄流电感和倍压电路；其中，所述蓄流电感的一端连接直流电源输入端，另一端一方面连接PWM升压变换器的PWM输出端，另一方面连接倍压电路；所述倍压电路在PWM升压变换器输出的PWM信号的控制下，对蓄流电感输出的电压进行升压处理后通过其输出端一方面连接雪崩光电二极管的偏置电压端，另一方面通过采样电路连接所述PWM升压变换器的反馈端。

8、根据权利要求7所述的光传输设备，其特征在于：在所述倍压电路中包含有三个蓄能电容和三个二极管；其中，第一蓄能电容的一端一方面连接所述的蓄流电感，另一方面连接第一二极管的阳极，另一端连接第三二极管的阳极；所述第一二极管的阴极一方面通过第二蓄能电容接地，另一方面通过第二二极管连接第三二极管的阳极；所述第三二极管的阴极一方面通过第三蓄能电容接地，另一方面连接倍压电路的输出端。

9、根据权利要求7或8所述的光传输设备，其特征在于：所述倍压电路的输出端通过滤波电路连接所述雪崩光电二极管的偏置电压端。

10、根据权利要求9所述的光传输设备，其特征在于：所述采样电路是由多个分压电阻连接而成的分压网络，其分压节点连接所述PWM升压变换器的反馈端。