TWI802200B

TWI802200B - 電流驅動電路

Info

Publication number: TWI802200B
Application number: TW111100191A
Authority: TW
Inventors: 立富梁
Original assignee: 新加坡商光寶科技新加坡私人有限公司
Priority date: 2022-01-04
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2023-05-11
Also published as: TW202329760A; US20230217569A1

Abstract

一種電流驅動電路，適於驅動光發射器。電流驅動電路包括第一電流產生電路、第二電流產生電路以及驅動器電路。第一電流產生電路用以產生參考電流。第二電流產生電路包括至少一可變電阻，並可根據至少一可變電阻產生補償電流。至少一可變電阻是選自正溫可變電阻及負溫可變電阻至少其中之一。驅動器電路耦接至第一電流產生電路及第二電流產生電路，用以接收參考電流及補償電流作為驅動電流。驅動器電路輸出驅動電流以驅動光發射器。

Description

電流驅動電路

本發明是有關於一種驅動電路，且特別是有關於一種電流驅動電路。

接近傳感器廣泛用於移動裝置，例如行動電話和無線耳機。接近傳感器內建光發射器和光電傳感器，藉光發射器發出特定光線(例如紅外線)，經過物體反射後形成反射光線，而光電傳感器感測到該反射光線後，根據反射光線的光強值來判斷該移動裝置是接近還是遠離物體，故可以應用在通話過程中測量物體到屏幕的距離來打開或關閉手機屏幕。或者，在真無線立體聲(True Wireless Stereo，TWS)的應用中也可以找到類似的接近傳感器的應用，以在用戶取下或佩戴耳機時暫停或播放音樂。

然而，當溫度變化時，光發射器的發射功率也會隨之變化，且其變化呈非線性特性。此種非線性特性會導致光學系統所量測到的距離不準確，導致手機屏幕可能會在通話期間打開；或者，在TWS的應用中，造成當用戶從耳朵上取下耳機時，音樂無法暫停。

本發明提供一種電流驅動電路，可提供非線性的驅動電流來補償輸出功率隨溫度呈非線性變化的光發射器。

本發明的電流驅動電路適於驅動光發射器。電流驅動電路包括第一電流產生電路、第二電流產生電路以及驅動器電路。第一電流產生電路用以產生參考電流。第二電流產生電路包括至少一可變電阻。第二電流產生電路根據至少一可變電阻產生補償電流。至少一可變電阻是選自正溫可變電阻及負溫可變電阻至少其中之一。驅動器電路耦接至第一電流產生電路及第二電流產生電路。驅動器電路用以接收參考電流及補償電流作為驅動電流。驅動器電路輸出驅動電流以驅動光發射器。

在本發明的一實施例中，上述的至少一可變電阻包括正溫可變電阻。第二電流產生電路包括第一電流源電路。第一電流源電路包括正溫可變電阻。第一電流源電路根據正溫可變電阻產生正溫度係數電流。第一電流源電路在第一溫度及第二溫度之間的第一溫度區間輸出正溫度係數電流作為補償電流。正溫度係數電流與參考電流的總和作為驅動電流以驅動光發射器。第一溫度大於第二溫度，且第二溫度為第一臨界溫度。

在本發明的一實施例中，上述的第一電流源電路更包括第一偏壓電流源、第一電流源以及第一開關元件。第一偏壓電流源具有第一端及第二端。第一偏壓電流源的第一端耦接至第一電壓。第一電流源具有第一端及第二端。第一電流源的第一端耦接至第一電壓。第一開關元件具有第一端、第二端及控制端。第一開關元件的第一端耦接至第一電流源的第二端。第一開關的第二端耦接至驅動器電路。第一開關元件的控制端耦接至第一偏壓電流源的第二端。正溫度係數電流從第一開關元件的第二端輸出。正溫可變電阻具有第一端及第二端。正溫可變電阻的第一端耦接至第一偏壓電流源的第二端。正溫可變電阻的第二端耦接至第二電壓。

在本發明的一實施例中，上述的至少一可變電阻包括負溫可變電阻。第二電流產生電路包括第二電流源電路。第二電流源電路包括負溫可變電阻。第二電流源電路根據負溫可變電阻產生負溫度係數電流。第二電流源電路在第三溫度及第四溫度之間的第二溫度區間輸出負溫度係數電流作為補償電流。負溫度係數電流與參考電流的總和作為驅動電流以驅動光發射器。第三溫度為第二臨界溫度，且第三溫度大於第四溫度。

在本發明的一實施例中，上述的至少一可變電阻更包括負溫可變電阻。第二電流產生電路包括第二電流源電路。第二電流源電路包括負溫可變電阻。第二電流源電路根據負溫可變電阻產生負溫度係數電流。第二電流源電路在第三溫度及第四溫度之間的第二溫度區間輸出負溫度係數電流作為補償電流。負溫度係數電流與參考電流的總和作為驅動電流以驅動光發射器。第三溫度為第二臨界溫度，且大於第四溫度。第二溫度大於第三溫度。

在本發明的一實施例中，上述的第二電流源電路更包括第二偏壓電流源、第二電流源以及第二開關元件。第二偏壓電流源具有第一端及第二端。第二偏壓電流源的第一端耦接至第一電壓。第二電流源具有第一端及第二端。第二電流源的第一端耦接至第一電壓。第二開關元件具有第一端、第二端及控制端。第二開關元件的第一端耦接至第二電流源的第二端。第二開關元件的第二端耦接至驅動器電路。第二開關元件的控制端耦接至第二偏壓電流源的第二端。負溫度係數電流從第二開關元件的第二端輸出。負溫可變電阻具有第一端及第二端。負溫可變電阻的第一端耦接至第二偏壓電流源的第二端。負溫可變電阻的第二端耦接至第二電壓。

在本發明的一實施例中，在第二溫度及第三溫度之間的第三溫度區間，上述的第一電流源電路輸出參考電流，第二電流源電路不輸出正溫度係數電流及負溫度係數電流。驅動器電路接收參考電流作為驅動電流以驅動光發射器。

本發明的一實施例中，上述的電流驅動電路更包括第一控制電路。第一控制電路耦接至第一電流源電路及第二電流源電路。第一控制電路用以調控正溫度係數電流及負溫度係數電流的電流斜率。

本發明的一實施例中，上述的電流驅動電路更包括開關電路。開關電路耦接至第一電流源電路及第二電流源電路。開關電路用以控制第一電流源電路及第二電流源電路是否輸出補償電流。電流驅動電路更包括第二控制電路。第二控制電路耦接至開關電路。第二控制電路用以控制開關電路的導通狀態。

本發明的一實施例中，上述的電流驅動電路更包括第三控制電路。第三控制電路耦接至正溫可變電阻和負溫可變電阻。第三控制電路用以調控第二電流產生電路輸出補償電流的溫度區間。

本發明的一實施例中，上述的電流驅動電路更包括至少一電流鏡電路。至少一電流鏡電路耦接至至少一可變電阻。至少一電流鏡電路用以在不同的溫度區間，根據至少一可變電阻的跨壓控制第二電流產生電路是否輸出補償電流。

本發明的一實施例中，上述的至少一可變電阻包括正溫可變電阻及負溫可變電阻。第二電流產生電路包括第一電流源電路以及第二電流源電路。第二電流源電路包括負溫可變電阻。第二電流源電路根據負溫可變電阻產生正溫度係數電流。第二電流源電路在第一溫度及第二溫度之間的第一溫度區間輸出正溫度係數電流作為補償電流。正溫度係數電流與參考電流的總和作為驅動電流以驅動光發射器。第一溫度大於第二溫度，且第二溫度為第一臨界溫度。第一電流源電路包括正溫可變電阻。第一電流源電路根據正溫可變電阻產生負溫度係數電流。第一電流源電路在第三溫度及第四溫度之間的第二溫度區間輸出負溫度係數電流作為補償電流。負溫度係數電流與參考電流的總和作為驅動電流以驅動光發射器。第三溫度為第二臨界溫度，第二臨界溫度小於第一臨界溫度，且第三溫度大於第四溫度。

本發明的電流驅動電路用於光電裝置中隨溫度變化來調節光發射器的調製電流。電流驅動電路包括電流調製電路以及驅動器電路。電流調製電路用以產生參考電流及補償電流。電流調製電路包括至少一可變電阻，電流調製電路根據至少一可變電阻產生補償電流，使電流調製電路用以在不同的溫度區間調製並輸出補償電流。驅動器電路耦接至電流調製電路，用以接收參考電流及補償電流。參考電流與補償電流的總和作為驅動電流。驅動器電路輸出驅動電流以驅動光發射器。

本發明的一實施例中，上述的至少一可變電阻是選自正溫可變電阻及負溫可變電阻至少其中之一。

本發明的一實施例中，上述的電流調製電路更包括第一電流產生電路以及第二電流產生電路。第一電流產生電路用以產生參考電流。第二電流產生電路包括至少一可變電阻。第二電流產生電路根據至少一可變電阻產生補償電流。

基於上述，本發明的實施例中，由於第二電流產生電路可根據至少一可變電阻產生補償電流，因此，電流驅動電路可提供非線性的驅動電流來補償輸出功率隨溫度呈非線性變化的光發射器，也就是說，驅動電流可即時且連續性地隨著操作溫度不同而有所調整，從而維持光學系統的光發射器在全溫度範圍內的功率穩定，而可量測到準確的距離。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、500、600、700:電流驅動電路

110:第一電流產生電路

112:參考電流源

120、520、620:第二電流產生電路

122、622:第一電流源電路

124、624:第二電流源電路

126:開關電路

130:驅動器電路

200:驅動光發射器

222:第一偏壓電流源

224:第一電流源

242:第二偏壓電流源

244:第二電流源

310、320、330:控制電路

710:電流調製電路

900:光電裝置

CM1、CM2:電流鏡電路

IBIAS1、IBIAS2、ISRC1、ISRC2:電流

ICOMP:補償電流

ICTAT:負溫度係數電流

IDRV:驅動電流

IPTAT:正溫度係數電流

IREF:參考電流

M1:第一開關元件

M2:第二開關元件

R1:正溫可變電阻

R2:負溫可變電阻

RT:室溫

T1、T2、T3、T4、T5、T6:溫度

TX1、TX2、TX3:溫度區間

V1:第一電壓

V2:第二電壓

VGS1、VGS2、VSG2:跨壓

圖1A繪示本發明一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的方塊示意圖。

圖1B繪示本發明另一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的方塊示意圖。

圖2A繪示本發明一實施例之未經補償的光發射器VCSEL的輸出功率隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。

圖2B繪示本發明一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。

圖2C繪示本發明一實施例之經補償的光發射器VCSEL的輸出功率隨溫度呈線性變化的概要示意圖。

圖3繪示本發明另一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。

圖4繪示本發明一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的電路示意圖。

圖5繪示本發明另一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的電路示意圖。

圖6繪示本發明另一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。

圖7繪示本發明另一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。

圖8繪示本發明另一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的電路示意圖。

圖1A繪示本發明一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的方塊示意圖。請參考圖1A，電流驅動電路100輸出驅動電流IDRV以驅動光發射器200。光發射器200可以是激光器，例如是垂直腔面發射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)，但本發明不限於此。本實施例之電流驅動電路100適用於驅動光電裝置例如接近傳感器的光發射器，但並不以此為限。

電流驅動電路100包括第一電流產生電路110、第二電流產生電路120以及驅動器電路130。第一電流產生電路110用以產生參考電流IREF(例如光發射器的初始預設電流值)，此參考電流IREF設定為與溫度非相關的電流。第二電流產生電路120包括至少一可變電阻(圖4的電阻R1及/或R2)。第二電流產生電路120根據至少一可變電阻產生補償電流ICOMP。至少一可變電阻是選自正溫可變電阻(positive TCR(temperature coefficient of resistance)resistor)R1及負溫可變電阻(negative TCR resistor) R2至少其中之一。驅動器電路130耦接至第一電流產生電路110及第二電流產生電路120。驅動器電路130用以接收參考電流IREF及補償電流ICOMP，兩者的總和作為驅動電流IDRV(亦為調製電流)。驅動器電路130輸出驅動電流IDRV以驅動光發射器200並調製其輸出光的強弱。

一般而言，VCSEL的輸出功率會隨溫度呈非線性變化，換句話說，在VCSEL激發鐳射的操作過程中，由於隨著操作溫度不同，VCSEL的臨界電流(threshold current)也隨之不同。為了提供穩定和精確的光學測量，包括VCSEL的光學測量系統的光學特性必須獨立於溫度變化，不受溫度變化影響。本實施例的電流驅動電路100能夠補償VCSEL的輸出功率隨溫度呈非線性變化的特性，以使光學測量系統能夠提供穩定和精確的光學測量。舉例而言，行動電話中的接近傳感器，其光發射器使用VCSEL作為量測光發射器，以電流驅動電路100所提供的調製電流來驅動接近傳感器的VCSEL，可使得接近傳感器在很寬廣的操作工作溫度範圍內提供穩定和精確的光學測量。

圖1B繪示本發明另一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的方塊示意圖。請參考圖1B，電流驅動電路700例如是用於光電裝置900中隨溫度變化來調節光發射器200的調製電流。光電裝置900例如可以是包括接近傳感器的行動電話和無線耳機，但本發明不限於此。

具體而言，電流驅動電路700包括電流調製電路710及驅動器電路130。電流調製電路710用以產生參考電流IREF及補償電流ICOMP。電流調製電路710包括至少一可變電阻。電流調製電路710根據至少一可變電阻產生補償電流ICOMP。電流調製電路710用以在不同的溫度區間調製並輸出補償電流ICOMP。

驅動器電路130耦接至電流調製電路710。驅動器電路130用以接收參考電流IREF及補償電流ICOMP。參考電流IREF及補償電流ICOMP的總和作為驅動電流IDRV(亦為調製電流)。驅動器電路130輸出驅動電流IDRV以驅動光發射器200並調製其輸出光的強弱。

圖2A繪示本發明一實施例之未經補償的光發射器VCSEL的輸出功率隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。圖2B繪示本發明一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。圖2C繪示本發明一實施例之經補償後的光發射器VCSEL的輸出功率隨溫度呈線性變化的概要示意圖。

請參考圖2A至圖2C，圖2A揭示光發射器VCSEL輸出功率在整個寬廣溫度範圍內的非線性特性。相對於室溫RT，VCSEL輸出功率在低溫和高溫下都會產生變化，在本圖例中係呈降低趨勢，但不以此為限。為了補償光發射器VCSEL輸出功率的非線性特性，電流驅動電路100可提供如圖2B所示的非線性驅動電流，其隨溫度變化的特性與光發射器VCSEL輸出功率方向相反，即近似成反比的關係。因此，經補償後的光發射器VCSEL的輸出功率可隨溫度呈線性變化，斜率在此不設限，其可以不等於零或等於零，如圖2C所示。

圖3繪示本發明另一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。請參考圖3，補償電流ICOMP包括兩種不同類型的電流，一是負溫度係數電流(亦為絕對溫度互補電流，Complementary To Absolute Temperature current，ICTAT)，另一是正溫度係數電流(亦為絕對溫度成正比電流，Proportional To Absolute Temperature current，IPTAT)，以產生如圖3所示的驅動電流IDRV的溫度分佈，以補償光發射器VCSEL輸出功率隨溫度的變化。負溫度係數電流(ICTAT)和正溫度係數電流(IPTAT)皆為與溫度相關的電流，IPTAT的電流源以及ICTAT的電流源可在不同的溫度範圍被開啟以輸出IPTAT和ICTAT電流，並與參考電流IREF相加以產生驅動電流IDRV。

也就是說，IPTAT的電流源(第一電流源電路)在第一溫度T1及第二溫度T2之間的第一溫度區間TX1被開啟，並輸出IPTAT電流(正溫度係數電流)。ICTAT的電流源(第二電流源電路)在第三溫度T3及第四溫度T4之間的第二溫度區間TX2被開啟，並輸出ICTAT電流(負溫度係數電流)。在第二溫度T2及第三溫度T3之間的第三溫度區間TX3，IPTAT的電流源及ICTAT的電流源被關閉。

在一實施例中，室溫RT例如是27攝氏溫度，第一溫度T1及第四溫度T4例如是100攝氏溫度及負40攝氏溫度。上述溫度值均不用以限制本發明。

圖4繪示本發明一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的電路示意圖。請參考圖4，在本實施例中，驅動器電路130具有電流鏡結構，以將所接收的驅動電流IDRV映射至光源側以驅動光發射器200，但不以此為限。第一電流產生電路110包括參考電流源112。參考電流源112用以產生參考電流IREF。第二電流產生電路120包括第一電流源電路122及第二電流源電路124。

具體而言，第一電流源電路122包括正溫可變電阻R1。第一電流源電路122根據正溫可變電阻R1產生正溫度係數電流IPTAT。第一電流源電路122在第一溫度T1及第二溫度T2之間的第一溫度區間TX1輸出正溫度係數電流IPTAT作為補償電流ICOMP。其中，第二溫度T2作為可輸出正溫度係數電流IPTAT的第一臨界溫度。在第一溫度T1及第二溫度T2之間的第一溫度區間TX1，正溫度係數電流IPTAT(作為補償電流ICOMP)與參考電流IREF之總和作為驅動電流IDRV來驅動光發射器200，以補償光發射器200輸出功率隨溫度上升而改變的影響，從而輸出穩定的功率。在此實施例中，第一溫度T1大於第二溫度T2，其中第一溫度T1可以例如是100攝氏溫度；第二溫度T2可以例如是50攝氏溫度，而第一溫度T1和第二溫度T2係取決於正溫可變電阻依設計需求的選擇，所以並不以此為限。

詳細而言，第一電流源電路122可包括第一偏壓電流源222、第一電流源224以及第一開關元件M1。第一偏壓電流源222 用以提供電流IBIAS1。第一偏壓電流源222具有第一端及第二端。第一偏壓電流源222的第一端耦接至第一電壓V1。第一電壓V1例如是系統高電壓。第一偏壓電流源222的第二端耦接至正溫可變電阻R1及第一開關元件M1。第一電流源224用以提供電流ISRC1。第一電流源224具有第一端及第二端。第一電流源224的第一端耦接至第一電壓V1；第一電流源224的第二端耦接至第一開關元件M1。

在本實施例中，第一開關元件M1以電晶體為舉例。第一電晶體元件M1例如是NMOS(N-type Metal-Oxide-Semiconductor)電晶體元件，但本發明不限於此。在一實施例中，第一電晶體元件M1也可以是PMOS(P-type Metal-Oxide-Semiconductor)電晶體元件。第一電晶體元件M1具有第一端(例如：源極)、第二端(例如：汲極)及控制端(例如：閘極)。第一電晶體元件M1的第一端耦接至第一電流源224的第二端。第一電晶體元件M1的第二端耦接至驅動器電路130。第一電晶體元件M1的控制端耦接至第一偏壓電流源222的第二端。正溫可變電阻R1具有第一端及第二端。正溫可變電阻R1的第一端耦接至第一偏壓電流源222的第二端。正溫可變電阻R1的第二端耦接至第二電壓V2。第二電壓V2例如是系統低電壓(可以為接地電壓，但本發明不限於此)。正溫度係數電流IPTAT從第一電晶體元件M1的第二端輸出至驅動器電路130。

另一方面，第二電流源電路124包括負溫可變電阻R2。第二電流源電路124根據負溫可變電阻R2產生負溫度係數電流 ICTAT。第二電流源電路124在第三溫度T3及第四溫度T4之間的第二溫度區間TX2輸出負溫度係數電流ICTAT作為補償電流ICOMP。其中，第三溫度T3作為可輸出負溫度係數電流ICTAT的第二臨界溫度。在第三溫度T3及第四溫度T4之間的第二溫度區間TX2，負溫度係數電流ICTAT與參考電流IREF之總和作為驅動電流IDRV來驅動光發射器200，以補償光發射器200輸出功率隨溫度降低而改變的影響，從而輸出穩定的功率。第三溫度T3大於第四溫度T4，且第二溫度T2大於第三溫度T3，其中第三溫度T3可以例如是10攝氏溫度；第四溫度T4可以例如是零下40攝氏溫度，而第三溫度T3和第四溫度T4係取決於負溫可變電阻依設計需求的選擇，所以並不以此為限。

詳細而言，第二電流源電路124可包括第二偏壓電流源242、第二電流源244以及第二開關元件M2。第二偏壓電流源242用以提供電流IBIAS2。第二偏壓電流源242具有第一端及第二端。第二偏壓電流源242的第一端耦接至第一電壓V1。第二偏壓電流源242的第二端耦接至負溫可變電阻R2及第二開關元件M2。第二電流源244用以提供電流ISRC1。第二電流源244具有第一端及第二端。第二電流源244的第一端耦接至第一電壓V1。第二電流源244的第二端耦接至第二開關元件M2。

在本實施例中，第二開關元件M2以電晶體為舉例。第二電晶體元件M2例如是NMOS電晶體元件，但本發明不限於此。在一實施例中，第二電晶體元件M2也可以是PMOS電晶體元件。第二電晶體元件M2具有第一端(例如：源極)、第二端(例如：汲極)及控制端(例如：閘極)。第二電晶體元件M2的第一端耦接至第二電流源244的第二端。第二電晶體元件M2的第二端耦接至驅動器電路130。第二電晶體元件M2的控制端耦接至第二偏壓電流源242的第二端。負溫可變電阻R2具有第一端及第二端。負溫可變電阻R2的第一端耦接至第二偏壓電流源242的第二端。負溫可變電阻R2的第二端耦接至第二電壓V2。負溫度係數電流ICTAT從第二電晶體元件M2的第二端輸出至驅動器電路130。

在本實施例中，第一電流源電路122及第二電流源電路124在第二溫度T2及第三溫度T3之間的第三溫度區間TX3不輸出正溫度係數電流IPTAT及負溫度係數電流ICTAT。驅動器電路130接收參考電流IREF，以參考電流IREF作為驅動電流IDRV來驅動光發射器200。

在圖4中，為了產生非線性的驅動電流IDRV，舉例而言，電流驅動電路100包括兩個具有不同類型和特性的溫度係數電阻(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)電阻R1、R2。正溫度係數電流IPTAT由正溫可變電阻R1、第一開關元件M1和第一電流源224來產生。第一偏壓電流源222係用以偏置正溫可變電阻R1，以建立足夠的跨壓VGS1以在預定的溫度區間內導通來開啟第一開關元件M1。負溫度係數電流ICTAT由負溫可變電阻R2、第二開關元件M2和第二電流源244來產生。第二偏壓電流源242係用以偏置負溫可變電阻R2，以建立足夠的跨壓VGS2以在預定的溫度區間內導通來開啟第二開關元件M2。

在室溫RT時，正溫可變電阻R1及負溫可變電阻R2的跨壓不足以使第一開關元件M1及第二開關元件M2導通。因此，由第一電流產生電路110作為電流驅動電路100的電流源，也就是說，第一電流產生電路110提供參考電流IREF給驅動器電路130，作為電流驅動電路100的驅動電流IDRV來驅動光發射器200。

隨著溫度上升，正溫可變電阻R1的跨壓VGS1增加，當溫度達到T2時，跨壓VGS1足夠高以使第一開關元件M1導通，因此電流ISRC1可從第一開關元件M1輸出作為正溫度係數電流IPTAT，提供給驅動器電路130。由於第一開關元件M1的過驅動電壓在高於溫度T2時會變得更大，因此提供給驅動器電路130的正溫度係數電流IPTAT將變得更大。在第一溫度T1及第二溫度T2之間的第一溫度區間TX1，第二電流產生電路120輸出正溫度係數電流IPTAT作為補償電流ICOMP。在高於溫度T2的溫度範圍內，輸入至驅動器電路130的補償電流ICOMP的行為是與溫度成正相關的電流行為。而在高於溫度T3的溫度範圍內，負溫可變電阻R2的跨壓VGS2不足以開啟第二開關元件M2，因此，由第一電流產生電路110和第一電流源電路122作為電流驅動電路100的電流源，分別提供參考電流IREF及正溫度係數電流IPTAT給驅動器電路130，作為電流驅動電路100的驅動電流IDRV來驅動光發射器200。

隨著溫度下降，負溫可變電阻R2的跨壓VGS2增加，當溫度降至T3時，跨壓VGS2足夠高以使第二開關元件M2導通，因此電流ISRC2可從第二開關元件M2輸出作為負溫度係數電流ICTAT，提供給驅動器電路130。由於第二開關元件M2的過驅動電壓在低於溫度T3時會變得更大，因此提供給驅動器電路130的負溫度係數電流ICTAT將變得更大。在第三溫度T3及第四溫度T4之間的第二溫度區間TX2，第二電流產生電路120輸出負溫度係數電流ICTAT作為補償電流ICOMP。在低於溫度T3的溫度範圍內，輸入至驅動器電路130的補償電流ICOMP的行為是與溫度成負相關的電流行為。而在低於溫度T2的溫度範圍內，正溫可變電阻R1的跨壓VGS1不足以開啟第一開關元件M1，因此，由第一電流產生電路110和第二電流源電路124作為電流驅動電路100的電流源，分別提供參考電流IREF及負溫度係數電流ICTAT給驅動器電路130，作為電流驅動電路100的驅動電流IDRV來驅動光發射器200。

圖5繪示本發明另一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的電路示意圖。請參考圖4及圖5，圖5的電流驅動電路500類似於圖4的電流驅動電路100，兩者之間主要的差異例如在於，電流驅動電路500更包括控制電路310、320、330及開關電路126。

具體而言，圖6繪示本發明另一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。請同時參考圖5和圖6，第一控制電路310耦接至第一電流源電路122及第二電流源電路124。第一控制電路310通過控制第一電流源224來控制第一溫度區間TX1的正溫度係數電流IPTAT的電流斜率。第一控制電路310通過控制第二電流源244來控制第二溫度區間TX2的負溫度係數電流ICTAT的電流斜率。圖6揭示正溫度係數電流IPTAT及負溫度係數電流ICTAT的不同電流斜率，並通過第一控制電路310的控制，可調整驅動電流IDRV在第一溫度區間TX1及第二溫度區間TX2的電流斜率。

在本實施例中，第二電流產生電路520包括開關電路126。開關電路126用以控制第二電流產生電路520是否輸出補償電流ICOMP。第二控制電路320耦接至開關電路126。第二控制電路320用以控制開關電路126的導通狀態。第二控制電路320用於獨立開啟或關閉電流ISRC1、ISRC2的電流傳遞路徑，可以實現只需要正溫度係數電流IPTAT或負溫度係數電流ICTAT的應用。

另一方面，圖7繪示本發明另一實施例之驅動電流隨溫度呈非線性變化的概要示意圖。請同時參考圖5和圖7，第三控制電路330耦接至可變電阻R1、R2。第三控制電路330用以控制第二電流產生電路520輸出補償電流ICOMP的溫度區間。舉例而言，第三控制電路330用於調整第一電流源電路122及第二電流源電路124開始工作的溫度。第三控制電路330通過獨立調整可變電阻R1、R2導通的溫度來實現。圖7揭示第一開關元件M1導通的溫度可從第二溫度T2調升至第五溫度T5，第二開關元件M2導通的溫度從第三溫度T3調降至第六溫度T6。也就是說，第一開關元件M1、第二開關元件M2導通的溫度可分別被調整。

在本實施例中，控制電路310、320、330可以實施在相同或不同的電路區塊，本發明不加以限制。控制電路310、320、330可以是透過硬體描述語言(Hardware Description Language,HDL)或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device，CPLD)或是特殊應用積體電路(Application-specific Integrated Circuit，ASIC)的方式來實現的硬體電路。

在本發明的實施例中，第一開關元件M1和第二開關元件M2不限於是NMOS電晶體元件。此外，第一開關元件M1和第二開關元件M2不限於控制電流ISRC1和ISRC2。可變電阻R1、R2、第一開關元件M1和第二開關元件M2與其他電子元件的不同組合可用於產生正溫度係數電流IPTAT和負溫度係數電流ICTAT。

在一實施例中，控制電路310、320、330及開關電路126皆可設置在第二電流產生電路520中。也就是說，第二電流產生電路520更包括控制電路310、320、330及開關電路126。

圖8繪示本發明另一實施例之適於驅動光發射器的電流驅動電路的電路示意圖。請參考圖5及圖8，圖8的電流驅動電路 600類似於圖5的電流驅動電路500，兩者之間主要的差異例如在於，電流驅動電路600更包括至少一電流鏡電路(CM1及/或CM2)。在本實施例中，第一開關元件M1是NMOS電晶體元件，且第一電流鏡電路CM1分別耦接於正溫可變電阻R1、第一開關元件M1；第二開關元件M2是PMOS電晶體元件，且電流鏡電路CM2分別耦接於負溫可變電阻R2、第二開關元件M2。在本實施例中，電流鏡電路CM1/CM2可用以在不同的溫度區間，根據至少一可變電阻的跨壓讓開關元件啟閉進而控制第二電流產生電路620輸出補償電流ICOMP。

具體而言，第一電流源電路622更包括第一電流鏡電路CM1，第二電流源電路624更包括第二電流鏡電路CM2。在第一電流源電路622中，第一偏壓電流源222具有第一端及第二端。第一偏壓電流源222的第一端耦接至第一電壓V1。第一偏壓電流源222的第二端耦接至正溫可變電阻R1及第一開關元件M1。第一電流源224具有第一端及第二端。第一電流源224的第一端耦接至第一電壓V1，其第二端通過第一電流鏡電路CM1耦接至第一開關元件M1。

第一開關元件M1具有第一端、第二端及控制端。第一開關元件M1的第一端通過第一電流鏡電路CM1耦接至第一電流源224的第二端。第一開關元件M1的第二端耦接至第二電壓V2。第一開關元件M1的控制端耦接至正溫可變電阻R1。正溫可變電阻R1具有第一端及第二端。正溫可變電阻R1的第一端耦接至第一偏壓電流源222的第二端，其第二端耦接至第二電壓V2。負溫度係數電流ICTAT從第一電流鏡電路CM1通過開關電路126輸出至驅動器電路130。

在第二電流源電路624中，第二偏壓電流源242具有第一端及第二端。第二偏壓電流源242的第一端耦接至負溫可變電阻R2。第二偏壓電流源242的第二端耦接至第二電壓V2。第二電流源244具有第一端及第二端。第二電流源244的第一端耦接至第一電壓V1，其第二端通過電流鏡電路CM2耦接至第二電壓V2。

第二開關元件M2具有第一端、第二端及控制端。第二開關元件M2的第一端耦接至第一電壓V1。第二開關元件M2的第二端通過第二電流鏡電路CM2耦接至驅動器電路130。第二開關元件M2的控制端耦接至第二偏壓電流源242的第一端。負溫可變電阻R2具有第一端及第二端。負溫可變電阻R2的第一端耦接至第一電壓V1，其第二端耦接至第二偏壓電流源242的第一端。

在本實施例中，第一開關元件M1和第二開關元件M2可分別控制電流鏡電路CM1、CM2的閘極。第一偏壓電流源222與正溫可變電阻R1配對，第二偏壓電流源242與負溫可變電阻R2配對。

在室溫RT時，第一開關元件M1的跨壓VGS1和第二開關元件M2的跨壓(V1-VSG2)足夠高，可導通以開啟第一開關元件M1和第二開關元件M2，並將電流鏡電路CM1、CM2的閘極電壓拉至第二電壓V2，例如接地電壓。因此，既沒有提供正溫度係數電流IPTAT也沒有負溫度係數電流ICTAT至驅動器電路130，只有參考電流IREF被提供到驅動器電路130。也就是說，電流鏡電路CM1、CM2在第三溫度區間TX3，根據正溫可變電阻R1的跨壓VGS1和負溫可變電阻R2的跨壓(V1-VSG2)控制第二電流產生電路620不輸出補償電流ICOMP。驅動器電路130接收參考電流IREF，以參考電流IREF作為驅動電流IDRV來驅動光發射器200。

隨著溫度下降，正溫可變電阻R1上的跨壓VGS1降低，當達到溫度T3時，第一電流鏡電路CM1的閘極電壓開始增加，且開關電路126中與第一電流鏡電路CM1耦接的開關元件導通，因此電流ISRC1(作為負溫度係數電流ICTAT)能夠提供給驅動器電路130。由於第一開關元件M1的過驅動電壓在低於溫度T3時會變得越來越低，因此提供給驅動器電路130的負溫度係數電流ICTAT將變大。在低於溫度T3的溫度範圍內輸入至驅動器電路130的負溫度係數電流ICTAT的行為是與溫度成負相關的電流行為。在低溫區域(第二溫度區間TX2)，驅動器電路130的電流是由負溫度係數電流ICTAT和參考電流IREF提供。也就是說，第一電流鏡電路CM1在第二溫度區間TX2，根據正溫可變電阻R1的跨壓VGS1控制第二電流產生電路620的第一電流源電路622輸出負溫度係數電流ICTAT作為補償電流ICOMP。

因此，在圖8的實施例中，第一電流源電路622包括正溫可變電阻R1。第一電流源電路622根據正溫可變電阻R1產生負溫度係數電流ICTAT。第一電流源電路622在第三溫度T3及第四溫度T4之間的第二溫度區間TX2輸出負溫度係數電ICTAT流作為補償電流ICOMP。負溫度係數電流ICTAT與參考電流IREF的總和作為驅動電流IDRV以驅動光發射器200。

隨著溫度上升，負溫可變電阻R2上的跨壓(V1-VSG2)降低，當達到溫度T2時，電流鏡電路CM2的閘極電壓開始減少，且開關電路126中與電流鏡電路CM2耦接的開關元件導通，因此電流ISRC2(作為正溫度係數電流IPTAT)能夠提供給驅動器電路130。由於第二開關元件M2的過驅動電壓在高於溫度T2時會變得越來越低，因此提供給驅動器電路130的正溫度係數電流IPTAT將變大。在高於溫度T2的溫度範圍內輸入至驅動器電路130的正溫度係數電流IPTAT的行為是與溫度成正相關的電流行為。在高溫區域(第一溫度區間TX1)，驅動器電路130的電流是由正溫度係數電流IPTAT和參考電流IREF提供。也就是說，電流鏡電路CM2在第一溫度區間TX1，根據負溫可變電阻R2的跨壓(V1-VSG2)控制第二電流產生電路620的第二電流源電路624輸出正溫度係數電流IPTAT作為補償電流ICOMP。

因此，在圖8的實施例中，第二電流源電路624包括負溫可變電阻R2。第二電流源電路624根據負溫可變電阻R2產生正溫度係數電流IPTAT。第二電流源電路624在第一溫度T1及第二溫度T2之間的第一溫度區間TX1輸出正溫度係數電流IPTAT作為補償電流ICOMP。正溫度係數電流IPTAT與參考電流IREF的總和作為驅動電流IDRV以驅動光發射器200。

綜上所述，為了改善光發射器(例如：VCSEL)的輸出功率因隨溫度呈非線性變化而造成光學測量上的不穩定和不精確，本實施例提供一種電流驅動電路來補償光發射器的輸出功率隨溫度呈非線性變化的特性，以使光學測量系統能夠提供穩定和精確的光學測量。在本發明的實施例中，通過分別在低溫和高溫區域提供補償電流，電流驅動電路可提供相對於室溫在低溫和高溫下互補的非線性驅動電流，以驅動輸出功率隨溫度呈非線性變化的光發射器。因此，電流驅動電路可提供非線性的驅動電流來補償輸出功率隨溫度呈非線性變化的光發射器，換句話說，本發明可使得驅動電流即時且連續性地隨著操作溫度不同而有所調整，從而維持光學系統的光發射器在全溫度範圍內的功率穩定，而可量測到準確的距離。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:電流驅動電路

110:第一電流產生電路

120:第二電流產生電路

130:驅動器電路

200:光發射器

ICOMP:補償電流

IDRV:驅動電流

IREF:參考電流

Claims

一種電流驅動電路，適於驅動一光發射器，所述電流驅動電路包括：一第一電流產生電路，用以產生一參考電流；一第二電流產生電路，包括至少一可變電阻，其中該第二電流產生電路根據該至少一可變電阻產生一補償電流，且該至少一可變電阻是選自一正溫可變電阻及一負溫可變電阻至少其中之一；以及一驅動器電路，耦接至該第一電流產生電路及該第二電流產生電路，用以接收該參考電流及該補償電流作為一驅動電流，該驅動器電路輸出該驅動電流以驅動該光發射器。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該至少一可變電阻包括該正溫可變電阻，該第二電流產生電路包括：一第一電流源電路，包括該正溫可變電阻，其中該第一電流源電路根據該正溫可變電阻產生一正溫度係數電流，且該第一電流源電路在一第一溫度及一第二溫度之間的一第一溫度區間輸出該正溫度係數電流作為該補償電流，該正溫度係數電流與該參考電流的總和作為該驅動電流以驅動該光發射器，其中該第一溫度大於該第二溫度，且該第二溫度為一第一臨界溫度。
如請求項2所述的電流驅動電路，其中該第一電流源電路更包括：一第一偏壓電流源，具有一第一端及一第二端，該第一偏壓電流源的該第一端耦接至一第一電壓；一第一電流源，具有一第一端及一第二端，該第一電流源的該第一端耦接至該第一電壓；以及一第一開關元件，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第一開關元件的該第一端耦接至該第一電流源的該第二端，該第一開關元件的該第二端耦接至該驅動器電路，且該第一開關元件的該控制端耦接至該第一偏壓電流源的該第二端，其中該正溫度係數電流從該第一開關元件的該第二端輸出，其中該正溫可變電阻具有一第一端及一第二端，該正溫可變電阻的該第一端耦接至該第一偏壓電流源的該第二端，且該正溫可變電阻的該第二端耦接至一第二電壓。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該至少一可變電阻包括該負溫可變電阻，該第二電流產生電路包括：一第二電流源電路，包括該負溫可變電阻，其中該第二電流源電路根據該負溫可變電阻產生一負溫度係數電流，且該第二電流源電路在一第三溫度及一第四溫度之間的一第二溫度區間輸出該負溫度係數電流作為該補償電流，該負溫度係數電流與該參考電流的總和作為該驅動電流以驅動該光發射器，其中該第三溫度為一第二臨界溫度，且該第三溫度大於該第四溫度。
如請求項2所述的電流驅動電路，其中該至少一可變電阻更包括該負溫可變電阻，該第二電流產生電路包括：一第二電流源電路，包括該負溫可變電阻，其中該第二電流源電路根據該負溫可變電阻產生一負溫度係數電流，且該第二電流源電路在一第三溫度及一第四溫度之間的一第二溫度區間輸出該負溫度係數電流作為該補償電流，該負溫度係數電流與該參考電流的總和作為該驅動電流以驅動該光發射器，其中該第三溫度為一第二臨界溫度，該第三溫度大於該第四溫度，且該第二溫度大於該第三溫度。
如請求項4或5所述的電流驅動電路，其中該第二電流源電路更包括：一第二偏壓電流源，具有一第一端及一第二端，該第二偏壓電流源的該第一端耦接至第一電壓；一第二電流源，具有一第一端及一第二端，該第二電流源的該第一端耦接至該第一電壓；以及一第二開關元件，具有一第一端、一第二端及一控制端，該第二開關元件的該第一端耦接至該第二電流源的該第二端，該第二開關元件的該第二端耦接至該驅動器電路，且該第二開關元件的該控制端耦接至該第二偏壓電流源的該第二端，其中該負溫度係數電流從該第二開關元件的該第二端輸出，其中該負溫可變電阻具有一第一端及一第二端，該負溫可變電阻的該第一端耦接至該第二偏壓電流源的該第二端，且該負溫可變電阻的該第二端耦接至第二電壓。
如請求項5所述的電流驅動電路，其中在該第二溫度及該第三溫度之間的一第三溫度區間，該第一電流源電路輸出該參考電流，該第二電流源電路不輸出該正溫度係數電流及該負溫度係數電流，該驅動器電路接收該參考電流作為該驅動電流。
如請求項5所述的電流驅動電路，更包括一第一控制電路，其耦接至該第一電流源電路及該第二電流源電路，用以調控該正溫度係數電流及該負溫度係數電流的電流斜率。
如請求項8所述的電流驅動電路，更包括一開關電路，其耦接至該第一電流源電路及該第二電流源電路，用以控制該第一電流源電路及該第二電流源電路是否輸出該補償電流，且該電流驅動電路更包括一第二控制電路，耦接至該開關電路，用以控制該開關電路的導通狀態。
如請求項9所述的電流驅動電路，更包括一第三控制電路，其耦接至該正溫可變電阻和該負溫可變電阻，用以調控該第二電流產生電路輸出該補償電流的溫度區間。
如請求項1所述的電流驅動電路，更包括至少一電流鏡電路，其耦接至該至少一可變電阻，用以在不同的溫度區間，根據該至少一可變電阻的跨壓控制該第二電流產生電路是否輸出該補償電流。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該第二電流產生電路包括一第一控制電路，用以調控該補償電流的電流斜率。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該第二電流產生電路包括一開關電路，用以控制該第二電流產生電路是否輸出該補償電流，且該第二電流產生電路包括一第二控制電路，耦接至該開關電路，用以控制該開關電路的導通狀態。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該第二電流產生電路包括一第三控制電路，耦接至該至少一可變電阻，用以調控該第二電流產生電路輸出該補償電流的溫度區間。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該至少一可變電阻包括該正溫可變電阻及該負溫可變電阻，該第二電流產生電路包括一第一電流源電路以及一第二電流源電路，其中該第二電流源電路，包括該負溫可變電阻，其中該第二電流源電路根據該負溫可變電阻產生一正溫度係數電流，且該第二電流源電路在一第一溫度及一第二溫度之間的一第一溫度區間輸出該正溫度係數電流作為該補償電流，該正溫度係數電流與該參考電流的總和作為該驅動電流以驅動該光發射器，其中該第一溫度大於該第二溫度，且該第二溫度為一第一臨界溫度；以及該第一電流源電路，包括該正溫可變電阻，其中該第一電流源電路根據該正溫可變電阻產生一負溫度係數電流，且該第一電流源電路在一第三溫度及一第四溫度之間的一第二溫度區間輸出該負溫度係數電流作為該補償電流，該負溫度係數電流與該參考電流的總和作為該驅動電流以驅動該光發射器，其中該第三溫度為一第二臨界溫度，該第二臨界溫度小於該第一臨界溫度，且該第三溫度大於該第四溫度。
如請求項1所述的電流驅動電路，其中該光發射器包括垂直腔面發射激光器。
一種電流驅動電路，用於光電裝置中隨溫度變化來調節光發射器的調製電流，該電流驅動電路包括：一電流調製電路，用以產生一參考電流及一補償電流，且該電流調製電路包括至少一可變電阻，其中該電流調製電路根據該至少一可變電阻產生該補償電流，使該電流調製電路用以在不同的溫度區間調製並輸出該補償電流；以及一驅動器電路，耦接至該電流調製電路，用以接收該參考電流及該補償電流，且該參考電流與該補償電流的總和作為驅動電流，該驅動器電路輸出該驅動電流以驅動該光發射器，其中該至少一可變電阻是選自一正溫可變電阻及一負溫可變電阻至少其中之一。
如請求項17所述的電流驅動電路，其中該電流調製電路更包括：一第一電流產生電路，用以產生該參考電流；以及一第二電流產生電路，包括該至少一可變電阻，其中該第二電流產生電路根據該至少一可變電阻產生該補償電流。
如請求項17所述的電流驅動電路，其中該光發射器包括垂直腔面發射激光器。