TW201316822A - 恆流驅動電路及具有恆流驅動電路之光發射器 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種恆流驅動電路及具有恆流驅動電路之光發射器，係用以將電訊號轉換為一光訊號。本發明係利用恆流驅動電路中的回授單元，穩定流經雷射二極體的電流。而具有恆流驅動電路之光發射器則接收一影像訊號，並將影像訊號轉換為一光訊號，以提供雷射二極體穩定的工作電流，使雷射二極體不會因為溫度變化，電源不穩、或是其他負載影響，造成雷射二極體被燒毀。

Description

恆流驅動電路及具有恆流驅動電路之光發射器

本發明係關於光發射器中之驅動電路，尤指一種不會因溫度變化、電源不穩、或是受到其他負載影響而造成雷射二極體燒毀之恆流驅動電路及具有恆流驅動電路之光發射器。

圖1係習知之閉路監視系統示意圖。其係由一攝影機810擷取影像，所擷取影像之電訊號係傳入一光發送模組820(Transmitter)，其模組內具有一光電元件「雷射二極體」，以將電訊號轉換為光訊號。接著，藉由光纖網路，將光訊號傳送到一光接收模組830(Receiver)，以將光訊號再轉回電的訊號，之後再透過電纜線，將訊號輸出到一顯示器840上顯示影像，以作為遠端即時監控。

在光纖通訊網路中，雷射二極體的閥值電流代表驅動雷射二極體處於開啟狀態所需的最小電流，以使雷射二極體能發出強度足以傳遞訊號的光。然而，閥值電流會隨環境溫度而改變。當溫度很高時，雷射二極體的閥值電流變大。此時，流經雷射二極體的電流增加，將可能造成雷射二極體因流過的電流過大而燒毀。相反地，若溫度很低時，其閥值電流變低。此時，若雷射二極體要關閉或降低發光強度時，輸入至雷射二極體的驅動電流受到溫度變化影響而無法快速的減少，使得雷射二極體仍處於開啟狀態而造成光訊號傳輸不穩定。此外，若負責提供驅動電流之電源受外界干擾(如，雜訊)而不穩定，流過雷射二極體之電流亦有可能過大而使雷射二極體被燒毀。故而，習知光發射器中之驅動電路仍有其缺失而亟待改善。

發明人爰因於此，本於積極發明之精神，亟思一種恆流控制電路及具有該恆流控制電路之光發射器，提供雷射二極體穩定的工作電流，使雷射二極體的發光保持在適當的功率範圍之間，幾經研究實驗終至完成此項嘉惠世人之發明。

鑑於先前技術中，閥值電流易受環境溫度影響而改變，造成流經雷射二極體之電流不穩定。本發明利用電晶體電路的特性，並在不增加過多成本的情形下，穩定流經雷射二極體的電流，以使雷射二極體不會因為溫度變化，電源不穩、或是其他負載影響，而造成雷射二極體被燒毀。此外，本發明亦具有微調流經雷射二極體電流之功能，以在一微調範圍內，調整流經雷射二極體的電流，並在不傳送光信號時，維持雷射二極體為關閉狀態。

為達成上述目的，本發明提供一種恆流驅動電路，其接收一電源供應單元所產生之一驅動訊號，並根據一輸入訊號以驅動一雷射二極體，恆流驅動電路包括一第一電晶體、一第二電晶體、一回授單元、及一限壓電阻。其中，第一電晶體具有一設定端，且此設定端接收輸入訊號，以據此設定第一電晶體的工作電壓。第二電晶體具有一控制端、一高電壓端、及一低電壓端。高電壓端耦接雷射二極體，而控制端耦接第一電晶體，以控制流經雷射二極體的電流大小。回授單元則耦接於高電壓端及控制端之間，以於第二電晶體的電流增益(current gain)改變時，調整流經控制端的電流。而限壓單元則耦接低電壓端，以據此設定該低電壓端之電壓。

此外，本電路可更包含一微調單元，其耦接於低電壓端及限壓電阻之間，並提供一微調範圍值，以於設定端未接收到輸入訊號時，維持該雷射二極體為關閉狀態。

再者，本電路之第一電晶體可被操作在順向主動區(forward active region)。且第一電晶體可為一N型雙載子電晶體，而設定端則為N型雙載子電晶體的基極。

再者，本電路之第二電晶體可被操作在順向主動區。且第二電晶體可為一P型雙載子電晶體，而控制端為P型雙載子電晶體的基極，高電壓端為P型雙載子電晶體的射極，低電壓端則為P型雙載子電晶體的集極。

另外，本電路可於雷射二極體被驅動且驅動訊號被改變時，該回授單元調整流經控制端的電流，以穩定流經雷射二極體的電流。

本發明也提供了一種具有恆流驅動之光發射器，係用以接收一影像訊號，並將影像訊號轉換為一光訊號，光發射器包括一電源供應單元、一準位調整單元、一影像訊號調整單元、及一恆流驅動電路。其中，電源供應單元為用來產生一驅動訊號以提供電力。準位調整單元為接收驅動訊號，並調整驅動訊號之電壓準位，以產生一準位訊號。影像訊號調整單元為接收影像訊號，並調整影像訊號的準位，以產生代表影像訊號之一影像調整訊號。恆流驅動電路則接收驅動訊號，以供應恆流驅動電路電力。並接收準位訊號及影像調整訊號，產生一輸入訊號，以據此傳送影像訊號至一雷射二極體，以將電的訊號轉換為光訊號。而於雷射二極體的負端電壓改變時，流經雷射二極體的電流被維持在一預定電流值附近。其中，恆流驅動電路包括一第一電晶體、一第二電晶體、一回授單元、及一限壓電阻。第一電晶體具有一設定端，且設定端接收輸入訊號，以據此設定第一電晶體之工作電壓。而第二電晶體具有一控制端、一高電壓端、及一低電壓端。其中，高電壓端耦接雷射二極體，控制端耦接第一電晶體，以控制流經雷射二極體之電流大小。回授單元則耦接於高電壓端及控制端之間，以於第二電晶體之電流增益(current gain)改變時，調整流經控制端之電流。而限壓電阻則耦接低電壓端，以據此設定該低電壓端之電壓。

此外，本光發射器更可包含一濾波器，其耦接電源供應單元，以穩定輸出驅動訊號。

再者，本光發射器之恆流驅動電路可更包含一微調單元，其耦接於低電壓端及限壓電阻之間，並提供一微調範圍值，以於設定端未接收到輸入訊號時，維持該雷射二極體為關閉狀態。

再者，本光發射器之第一電晶體及第二電晶體皆可被操作在順向主動區(forward active region)。

另外，本光發射器可於雷射二極體被驅動且驅動訊號被改變時，該回授單元調整流經該控制端之電流，以穩定流經該雷射二極體之電流。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參考圖2(a)，係本發明一較佳實施例之恆流驅動電路結構圖。恆流驅動電路係接收一電源供應單元所產生之一驅動訊號VCC，並根據一輸入訊號VIN以驅動一雷射二極體LD2。恆流驅動電路包含一第一電晶體210、一第二電晶體220、一回授單元230、一限壓電阻240、及一微調單元250。

第一電晶體210具有一設定端S2，且設定端S2接收輸入訊號VIN，以據此設定第一電晶體210之工作電壓，使得第一電晶體210之工作電壓被設定為操作在順向主動區(forward active region)。在本實施例中，第一電晶體210為一N型雙載子電晶體，且設定端S2為N型雙載子電晶體之基極。

第二電晶體220具有一控制端C2、一高電壓端H2、及一低電壓端L2。其中，高電壓端H2耦接雷射二極體LD2之陰極端，控制端C2耦接第一電晶體210，以控制流經雷射二極體LD2之電流大小，且第二電晶體220之工作電壓亦被操作在順向主動區。在本實施例中，第二電晶體220為一P型雙載子電晶體，且控制端C2為P型雙載子電晶體之基極，高電壓端H2為P型雙載子電晶體之射極，低電壓端L2為P型雙載子電晶體之集極。

回授單元230耦接於高電壓端H2及控制端C2之間，以於第二電晶體220之電流增益改變時，調整流經控制端C2之電流，以抵銷第二電晶體220之電流增益之改變，進而使流經該高電壓端H2之電流被調整，穩定流經雷射二極體LD2之電流。在本實施例中，回授單元230為一電阻。限壓電阻240則耦接低電壓端L2，以據此設定低電壓端L2之電壓。而微調單元250則耦接於低電壓端L2及限壓電阻240之間，並提供一微調範圍值，在本實施例中，微調單元250為一可變電阻，以於設定端S2未接收到輸入訊號VIN時，維持雷射二極體LD2為關閉狀態。

由上述可知，當環境溫度升高時，第二電晶體220之電流增益變大，使得流經高電壓端H2之電流上升，造成高電壓端H2及低電壓端L2之間的電壓差下降。此時，回授單元230上之跨壓下降，使得流經控制端C2之電流減少，進而降低流經高電壓端H2之電流；相反地，當環境溫度降低時，第二電晶體220之電流增益變小，流經高電壓端H2之電流將被提高。此時，回授單元230上之跨壓上升，使得流經控制端C2之電流增加，進而提高流經高電壓端H2之電流。故無論第二電晶體220之電流增益如何變動，流經高電壓端H2之電流將根據回授單元230而調整，以維持流經該雷射二極體LD2之電流在一預定電流值附近。

此外，當驅動訊號VCC因受外界或雜訊影響，使得驅動訊號VCC上升，造成流經高電壓端H2之電流上升。此時，回授單元230上之跨壓將下降，使得流經控制端C2之電流減少，進而抵銷電流增益的改變，而降低流經高電壓端H2之電流；反之，當驅動訊號VCC下降時，流經高電壓端H2之電流將被升高，以維持流經該雷射二極體LD2之電流在一預定電流值附近，不會因驅動訊號VCC不穩定，使流經該雷射二極體LD2之電流過大，而毀損雷射二極體LD2。

再來，請同時參考圖2(b)、及圖2(c)，係以類比與混合信號模擬器(PSpice)於不同的驅動訊號VCC時，模擬本發明之恆流驅動電路模擬圖。在本實施例中，圖2(b)、及圖2(c)之驅動訊號VCC分別為12V、及15V，而其他的元件則皆使用同一種元件規格，如回授單元230為2.2kΩ、限壓電阻240為30Ω、及微調單元250為200Ω。而雷射二極體LD2之最大電流限制為40mA。由圖2(b)、及圖2(c)的模擬結果可知，當輸入訊號VIN為5V而驅動訊號VCC由12V變化至15V時，流經該雷射二極體LD2之電流分別為33.543mA及33.553mA，僅增加了10uA。因此，流經該雷射二極體LD2之電流維持在預定電流值33mA附近，且低於其最大電流限制。接著，請參考圖3，係本發明一較佳實施例之具有恆流驅動電路之光發射器示意圖。此具有恆流驅動電路之光發射器係用來接收一影像訊號SIG，並將該影像訊號SIG轉換為一光訊號。光發射器包括一電源供應單元310、一濾波器350、一準位調整單元320、一影像訊號調整單元330、一疊加單元360、及一恆流驅動電路340。

電源供應單元310是用來產生一驅動訊號VCC以提供電力。濾波器350耦接電源供應單元310，以穩定輸出驅動訊號VCC。準位調整單元320接收驅動訊號VCC，並調整驅動訊號VCC之電壓準位，以產生一準位訊號VL。影像訊號調整單元330則接收影像訊號SIG，並調整影像訊號SIG之準位，以產生代表影像訊號SIG之一影像調整訊號VS。而疊加單元360則接收準位訊號VL及影像調整訊號VS，以產生一輸入訊號VIN。當影像訊號SIG進來時，準位訊號VL將根據影像調整訊號VS，在準位訊號VL附近作小幅度的微量變動。

恆流驅動電路340接收驅動訊號VCC，以供應恆流驅動電路340電力。並接收輸入訊號VIN，以據此傳送影像訊號SIG至恆流驅動電路340內部之一雷射二極體(未畫出)。當雷射二極體之負端電壓改變時，流經雷射二極體之電流將被維持在一預定電流值附近。其電路運作方式與圖2(a)所示之恆流驅動電路結構大致相同，在此不予贅述。

故由上述可知，本發明透過回授單元230，使其不需增加過多的成本，達到穩定流經雷射二極體LD2之電流之目的，以提供一個恆流源。並使得雷射二極體LD2不會因溫度變化、電流不穩或是其他負載影響而被燒毀。此外，本發明亦具有微調此恆流源的功能，以在一微調範圍內，依據雷射二極體LD2之元件工作電流限制，調整流經雷射二極體LD2的電流，並在不傳送光信號時，維持雷射二極體LD2為關閉狀態。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

810．．．攝影機

820．．．光發送模組

830．．．光接收模組

840．．．顯示器

210．．．第一電晶體

220．．．第二電晶體

230．．．回授單元

240．．．限壓電阻

250．．．微調單元

310．．．電源供應單元

320．．．準位調整單元

330．．．影像訊號調整單元

340．．．恆流驅動電路

350．．．濾波器

360．．．疊加單元

C2．．．控制端

H2．．．高電壓端

L2．．．低電壓端

LD2．．．雷射二極體

S2．．．設定端

SIG．．．影像訊號

VCC．．．驅動訊號

VIN．．．輸入訊號

VL．．．準位訊號

VS．．．影像調整訊號

圖1係習知之閉路監視系統示意圖。

圖2(a)係本發明一較佳實施例之恆流驅動電路結構圖。

圖2(b)係以類比與混合信號模擬器於驅動訊號為12V時，模擬本發明之恆流驅動電路模擬圖。

圖2(c)係以類比與混合信號模擬器於驅動訊號為15V時，模擬本發明之恆流驅動電路模擬圖。

圖3係本發明一較佳實施例之具有恆流驅動電路之光發射器示意圖。

210．．．第一電晶體

220．．．第二電晶體

230．．．回授單元

240．．．電阻

250．．．微調單元

C2．．．控制端

H2．．．高電壓端

L2．．．低電壓端

LD2．．．雷射二極體

S2．．．設定端

VCC．．．驅動訊號

VIN．．．輸入訊號

Claims (12)

1. 一種恆流驅動電路，其接收一電源供應單元所產生之一驅動訊號，並根據一輸入訊號以驅動一雷射二極體，該恆流驅動電路包括：一第一電晶體，具有一設定端，該設定端接收該輸入訊號，以據此設定該第一電晶體之工作電壓；一第二電晶體，具有一控制端、一高電壓端、及一低電壓端，其中，該高電壓端耦接該雷射二極體，該控制端耦接該第一電晶體，以控制流經該雷射二極體之電流大小；一回授單元，耦接於該高電壓端及該控制端之間，以於該第二電晶體之電流增益(current gain)改變時，調整流經該控制端之電流；以及一限壓電阻，耦接該低電壓端，以據此設定該低電壓端之電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之恆流驅動電路，其更包含：一微調單元，耦接於該低電壓端及該限壓電阻之間，並提供一微調範圍值，以於該設定端未接收到該輸入訊號時，維持該雷射二極體為關閉狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之恆流驅動電路，其中，該第一電晶體係被操作在順向主動區(forward active region)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之恆流驅動電路，其中，該第二電晶體係被操作在順向主動區(forward active region)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之恆流驅動電路，其中，於該雷射二極體被驅動且該驅動訊號被改變時，該回授單元調整流經該控制端之電流。
6. 如申請專利範圍第1項所述之恆流驅動電路，其中，該第一電晶體係為一第一N型雙載子電晶體，該設定端為該第一N型雙載子電晶體之基極。
7. 如申請專利範圍第6項所述之恆流驅動電路，其中，該第二電晶體係為一第二P型雙載子電晶體，該控制端為該第二P型雙載子電晶體之基極，該高電壓端為該第二P型雙載子電晶體之射極，該低電壓端為該第二P型雙載子電晶體之集極。
8. 一種具有恆流驅動之光發射器，係用以接收一影像訊號，並將該影像訊號轉換為一光訊號，該光發射器包括：一電源供應單元，產生一驅動訊號以提供電力；一準位調整單元，接收該驅動訊號，並調整該驅動訊號之電壓準位，以產生一準位訊號；一影像訊號調整單元，接收該影像訊號，並調整該影像訊號之準位，以產生代表該影像訊號之一影像調整訊號；以及一恆流驅動電路，接收該驅動訊號，以供應該恆流驅動電路電力，且接收該準位訊號及該影像調整訊號，而產生一輸入訊號，以據此傳送該影像訊號至一雷射二極體，其中，該雷射二極體之負端電壓改變時，流經該雷射二極體之電流被維持在一預定電流值附近，該恆流驅動電路包括：一第一電晶體，具有一設定端，該設定端接收該輸入訊號，以據此設定該第一電晶體之工作電壓；一第二電晶體，具有一控制端、一高電壓端、及一低電壓端，其中，該高電壓端耦接該雷射二極體，該控制端耦接該第一電晶體，以控制流經該雷射二極體之電流大小；一回授單元，耦接於該高電壓端及該控制端之間，以於該第二電晶體之電流增益(current gain)改變時，調整流經該控制端之電流；以及一限壓電阻，耦接該低電壓端，以據此設定該低電壓端之電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光發射器，其更包含一濾波器，耦接該電源供應單元，以穩定輸出該驅動訊號。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光發射器，其中，該恆流驅動電路更包含：一微調單元，耦接於該低電壓端及該限壓電阻之間，並提供一微調範圍值，以於該設定端未接收到該輸入訊號時，維持該雷射二極體為關閉狀態。
11. 如申請專利範圍第8項所述之光發射器，其中，該第一電晶體及該第二電晶體係皆被操作在順向主動區(forward active region)。
12. 如申請專利範圍第8項所述之光發射器，其中，於該雷射二極體被驅動且該驅動訊號被改變時，該回授單元調整流經該控制端之電流。