DE69204508T2 - Elektrische Versorgungsschaltung, insbesondere für Lawinen-Photodioden. - Google Patents

Elektrische Versorgungsschaltung, insbesondere für Lawinen-Photodioden.

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Description

    A. HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Speiseschaltung, die insbesondere zur Speisung einer "Lawinen-Photodiode" (APD) bestimmt ist aber auch allgemeiner verwendet werden kann.
  • 2. Stand der Technik
  • "Lawinen-Photodioden"(APDs) sind Dioden, die als elektrooptische Unwandler verwendet werden, insbesondere in der optischen Signalübertragungstechnik. Dioden dieses Typs geben nur dann eine optimale optisch-elektrische Umwandlung ("Verstärkungsfaktor") eines optischen Eingangssignals, wenn die angewendete Diodenspannung sehr nahe bei der Durchbruchspannung liegt. In diesem Zusammenhang besteht ein Problem darin, dass die Durchbruchspannung temperaturabhängig ist, wodurch, falls die angewendete Spannung konstannt gehalten werden sollte, einerseits diese Spannung die Durchbruchspannung nicht nahe genug annähern würde, womit das Ausgangssignal der Diode ungeeignet wäre, oder andererseits die Diode beim Auftreten irgendeiner - unverhinderbaren - Erhöhung der (Umgebungs) Temperatur abbrechen wurde. Um das gestellte Problem zu beseitigen, sind Speiseschaltungen für APDs bekannt, deren Ausgangsspannung eine spezifische Temperaturabhängigkeit aufweist, die so gut wie möglich mit der Temperaturabhängigkeit des verwendeten APD abgestimmt ist. So offenbart die japanische Patentanmeldung JP 60-180 347 eine derartige Schaltung. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, dass das Niveau der Ausgangsspannung und der Temperaturabhängigkeitsgrad nicht unabhängig voneinander gesteuert werden können, was jedoch kein Nachteil sein muss, wenn die Schaltung einzig zur Speisung eines spezifischen APD-Typs dienen soll; die Werte der Komponenten können dann eingestellt werden, indem ein Spielraum für diesen APD-Typ berücksichtigt wird. Gleichzeitig kann jedoch für Mustervariationen innerhalb des gleichen APD-Typs kein Spielraum berücksichtigt werden. Demzufolge kann der "Verstärkungsfaktor" des APD nicht optimiert werden, was in der Praxis nichts weniger als einen Verlust bedeutet, der nicht vernachlässigbar ist. Eine APD-Vorspannungserzeugungsschaltung, die zwei Differentialverstärker verwendet, ist aus der JP-A- 60094511 bekannt.
  • B. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert eine Speiseschaltung, die insbesondere zur Versorgung von APDs verwendet werden kann, die im Gegensatz zu bekannten ähnlichen Schaltungen Mittel vorsehen für eine optimale Einstellung sowohl des temperaturunabhängigen als auch des temperaturabhängigen Teils der Speisespannung, insbesondere des Temperaturabhängigkeitsgrades.
  • Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste, temperaturunabhängige Spannungsquelle (VS1), deren Ausgangsspannung (U1) konstant ist, und die mit dem Eingang eines ersten Spannungsverstärkers (A1) verbbnden ist, der einen steuerbaren Verstärkungsfaktor (a1) aufweist, und zusätzlich durch eine zweite, temperaturabhängige Spannungsquelle (VS2), deren Ausgangsspannung (U2) im wesentlichen gleich dem mathematischen Produkt einer Konstante (C) mit der am Messpunkt gemessenen Temperatur (t) ist, und die mit dem Eingang eines zweiten Spannungsverstärkers (A2) verbunden ist, der einen steuerbaren Verstärkungsfaktor (a2) aufweist, wobei die Ausgangsspannung des ersten Spannungsverstärkers und die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsverstärkers miteinander addiert werden. Nach der Erfindung wird die temperaturunabhängige Komponente und die temperaturabhängige Komponente der auf ein APD anzuwendenden Speisespannung (Ruhespannung) unabhängig voneinander durch die erwähnten Spannungsquellen erzeugt, und die Ausgangsspannungen dieser Spannungsquellen sind zusätzlich durch die zwei erwähnten Verstärker unabhängig voneinander einstellbar; das Spannungsniveau wird mittels des ersten Verstärkers und das Spannungs/Temperaturverhältnis mittels des zweiten Verstärkers reguiiert. Diese Massnahmen ermöglichen es, dass jedes APD extrem fein und somit optimal eingestellt werden kann, ohne dass bei irgendeiner Temperatur usw. entweder die Differenz zwischen der Speisespannung und der Durchbruchspannung zu gross wird (was zu einem niedrigeren Verstärkungsfaktor führt) oder dass die Speisespannung in der Lage ist, die Durchbruchspannung zu überschreiten (wodurch das APD unbenützbar wird).
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnt, dass die erwähnte zweite, temperaturabhängige Spannungsquelle von einer dritten, temperaturunabhängigen Spannungsquelle (VS3) mit einer dritten, konstanten Ausgangsspannung (U3) gebildet wird, sowie durch eine Serienschaltung einer Stromquelle und einer temperaturabhängigen Impedanz (D), wobei der erwähnte dritte Spannungsausgang gleich der Spannung (U4) ist, die von der erwähnten Stromquelle (CS) durch die Impedanz erzeugt wird und von dieser subtrahiert wird, wobei die erwähnte Impedanz vorzugsweise von einer in der Vorwärtsrichtung geschalteten Halbieiterdiode gebildet wird.
  • C. BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNG
  • Die Figur zeigt eine beispielhafte Ausführung der Erfindung. Die oben erwähnte temperaturunabhängige Spannungsquelle VS1 wird von einer im Handel erhältlichen Komponente wie beispielsweise dem Typ uA723 gebildet, dessen (sehr stabile) Ausgangsspannung U1 ungefähr 7 Volt beträgt. Diese Spannungsquelle VS1 ist mit einem Eingangsterminal eines steuerbaren Spannungsverstärkers A1 verbunden, dessen anderer Eingangsterminal mit der Erdung verbunden ist. Eine Spannung, die gleich a1*7 Volt ist, kann deshalb am Ausgang abgegriffen werden, wobei a1 der (variable) Verstärkungsfaktor ist.
  • Die temperaturabhängige Spannungsquelle VS2 wird von einer temperaturunabhängigen Spannungsquelle VS3 gebildet, zum Beispiel ebenfalls die erwähnte Komponente uA723, mit einem festen Spannungsteiler, kombiniert mit einer temperaturabhängigen Spannungsquelle, die von einer Diode D gebildet wird, die in einen Stromkreis eingebaut ist, der von einer Stromquelle CS geliefert wird; diese Stromquelle wird ihrerseits von einer Spannungsquelle VS4 und einem relativ hochohmigen Widerstand R gebildet. Der mit der temperaturunabhängigen Spannungsquelle VS3 verbundene feste Spannungsteiler wird derart eingestellt, dass seine Ausgangsspannung gleich der Spannung durch die Diode D ist, zum Beispiel 0,7 Volt. Das zu speisende APD und die Diode sind derart angeordnet, dass sie der gleichen Umgebungstemperatur ausgesetzt sind, beispielsweise auf der gleichen Schaltungsplatte montiert; der feste Spannungsteiler wird dann ebenfalls auf eine Temperatur eingestellt, die gleich der normalen Betriebstemperatur ist, bei der das zu versorgende APD arbeitet, normalerweise Zimmertemperatur. In einer Subtraktionsschaltung "-" wird die Diodenspannung von der Ausgangsspannung des Spannungsteilers subtrahiert, und die resultierende Spannungsdifferenz wird dem Eingang eines Verstärkers A2 zugeführt, dessen anderer Eingang mit der Erdung verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers beträgt beispielsweise 0,7 Volt. Die Spannung durch die Diode beträgt ebenfalls 0,7 Volt, vergrössert oder verkleinert durch das mathematische Produkt einer Temperaturkonstante und der Differenz zwischen der Stromtemperatur und der Raumtemperatur; die Temperaturkonstante beträgt zum Beispiel 2 Millivolt pro Grad Celsius. In diesem Fall ist die dem Eingang des Verstärkers A2 zugeführte Spannung gleich (0,7 + 2 mV/deg) - 0,7 = 2 mV/deg. Diese Spannung ist deshalb einzig von der Temperatur abhängig. Sie kann vom Verstärker A2 um einen Verstärkungsfaktor a2 verstärkt werden, wodurch die Spannung am Ausgang des Verstärkers A2 gleich 2*2mV/deg beträgt. In einem Spannungsaddierer "+" wird die Ausgangsspannung des ersten Verstärkers A1 und diejenige des zweiten Verstärkers A2 miteinander addiert, wodurch eine Ausgangsspannung (a1*7 + a2*mV/deg) resultiert, womit deshalb ermöglicht wird, dass a1 und a2 unabhängig voneinander eingestellt werden können.

Claims (3)

1. Elektrische Speiseschaltung, umfassend eine erste, temperaturunabhängige Spannungsquelle (VS1), deren Ausgangsspannung U1 konstant ist, und die mit dem Eingang eines ersten Spannungsverstärkers (A1) verbunden ist, der einen steuerbaren Verstärkungsfaktor (a1) aufweist, und eine zweite, temperaturabhängige Spannungsquelle (VS2), deren Ausgangsspannung U2 im wesentlichen gleich dem mathematischen Produkt einer Konstante C mit der an einem Messpunkt gemessenen Temperatur t ist, und die mit dem Eingang eines zweiten Spannungsverstärkers (A2) verbunden ist, der einen steuerbaren Verstärkungsfaktor (a2) aufweist, wobei die Ausgangsspannung des ersten Spannungsverstärkers und die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsverstärkers miteinander addiert werden.
2. Elektrische Speiseschaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite, temperaturabhängige Spannungsquelle (VS2) von einer dritten, temperaturunabhängigen Spannungsquelle (VS3) gebildet ist, die eine dritte, konstante Ausgangsspannung U3 aufweist, sowie von einer Serienschaltung einer Stromquelle (CS) und einer temperaturabhängigen Impedanz (D), wobei die von dieser Stromquelle (CS) durch diese temperaturabhängige Impedanz erzeugte vierte Ausgangsspannung U4 eine temperaturunabhängige Komponente aufweist, die gleich der dritten, konstanten Ausgangsspannung U3 ist, und eine temperaturabhängige Komponente, wobei die Ausgangsspannung U2 dieser zweiten, temperaturabhängigen Spannungsquelle (VS2) erhalten wird, indem diese dritte, konstante Ausgangsspannung von dieser vierten Ausgangsspannung subtrahiert wird.
3. Elektrische Speiseschaltung nach Anspruch 2, wobei diese temperaturabhängige Impedanz von einer Halbleiterdiode (D) gebildet ist, die in bezug auf diese Spannungsquelle (CS) in der Vorwärtsrichtung geschaltet ist.
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