專利名稱:用于提供偏置電流或驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及以改良的(和最佳,最大的)功率效率來驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載和/或提供嚴(yán)格的最小偏置電流的電路。更具體地說,本發(fā)明的實(shí)施例適用于向光和/或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法和裝置。
背景技術(shù):
激光二極管是用于從電源接收偏置電壓或電流的電流驅(qū)動(dòng)裝置。在向激光二極管或其他電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置電流的傳統(tǒng)電路中(比如,激光二極管電路),由于激光二極管的工作電壓(比如,1. 8V)低于由驅(qū)動(dòng)電路提供的或發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路的偏置電壓(比如, 3. 3V),因此可能會(huì)浪費(fèi)掉相當(dāng)多的功率。
如,可供應(yīng)電壓VCC (比如,3. 3V)由驅(qū)動(dòng)器接收,而激光器需要的電壓則相當(dāng)小 (比如,1. 2V-1. 8V,取決于運(yùn)行工況)。3. 3V供給電壓與激光器實(shí)際電壓(比如,1. 2-1. 8V)之差以發(fā)熱的形式在驅(qū)動(dòng)電路的晶體管中浪費(fèi)掉了。在這種情況下,晶體管就要以發(fā)熱的形式浪費(fèi)掉1. 5至2.1V的電能。這樣的電能損耗不僅不經(jīng)濟(jì),而且還會(huì)產(chǎn)生熱能對附近電路的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響和/或?qū)е聦︻~外冷卻元件的需求。
本“背景技術(shù)”部分僅用于提供背景信息?!氨尘凹夹g(shù)”的陳述并不認(rèn)為本“背景技術(shù)”部分公開的主旨構(gòu)成了該發(fā)明公開的現(xiàn)有技術(shù),并且本“背景技術(shù)”的任何部分,包括本背景技術(shù)本身,都不認(rèn)為構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及提供和/或驅(qū)動(dòng)電流的電路,包含驅(qū)動(dòng)器,用于向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流,感測電路,用于(a)感測提供給所述負(fù)載的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流和 (b)將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓,和比較器,用于(a)接收所述第一輸出電壓,第一參考電壓,和第二參考電壓,和(b)向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送誤差信號(hào),所述誤差信號(hào)用于調(diào)節(jié)偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。在不同實(shí)施例中,所述驅(qū)動(dòng)器可包含DC-DC轉(zhuǎn)換器,且所述負(fù)載可包含激光二極管。在某些實(shí)施例中,所述比較器包含電流感測放大器。本發(fā)明的主要目的是節(jié)能。 DC-DC轉(zhuǎn)換器的使用很重要,其用于生成需要提供預(yù)定電流到所述負(fù)載的電壓,至少在某種程度上是因?yàn)镈C-DC轉(zhuǎn)換器(不會(huì)在串行元件中浪費(fèi)或消耗能量,比如電阻器或簡體管)通常效率高于線性調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明其他的實(shí)施例則涉及光和/或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器和提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法。所述光和/或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器通常包含用于提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的上述電路,激光二極管,和微控制器或微處理器,用于調(diào)控發(fā)送到比較器的第一和第二參考電壓的值。在某些實(shí)施例中,所述激光二極管耦合于所述感測電路的輸入端。在另一些實(shí)施例中,所述比較器還包含第一和第二加法放大器。
提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法通常包括⑴感測由驅(qū)動(dòng)器(比如,通常為DC-DC 轉(zhuǎn)換器)發(fā)送到電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電流,( )將電流轉(zhuǎn)換為第一電壓,(iii)將第一電壓于第一參考電壓比較得出第一比較結(jié)果,(iv)將第一比較結(jié)果與第二參考電壓比較得出誤差信號(hào),和(V)將所述誤差信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器(比如,保持或調(diào)節(jié)所述偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流)。一般來說,感測到的電流都是偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。在某些實(shí)施例中,感測所述電流包括確定電流或電壓驟降,該電流或電壓驟降流經(jīng)或貫穿串聯(lián)在驅(qū)動(dòng)器和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載間的小型感測電阻器。在其他實(shí)施例中,將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓包含向感測放大器提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。
本電路有益地提供了一種低電壓,節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路,能用于驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)裝置,比如光和/或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器中的激光二極管或LED。通過使用本驅(qū)動(dòng)電路,施加到如激光二極管之類的電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載上的電壓可以具有一個(gè)足以使所述負(fù)載偏置的最小值,從而消除傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中的能量損耗(比如,貫穿一個(gè)或多個(gè)電流驅(qū)動(dòng)裝置的正向壓降引起的負(fù)載)。因此,相比傳統(tǒng)的激光二極管驅(qū)動(dòng)器,本節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路提高了效率和/或?qū)⒐慕档搅俗畹汀?br>
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)通過以下各實(shí)施例詳細(xì)說明。
圖1A為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路框圖。
圖1B為本發(fā)明典型驅(qū)動(dòng)電路的詳解圖。
圖2為包括本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的典型光和/或光電收發(fā)器和/或發(fā)射器的框圖。
圖3為流程圖,對應(yīng)的是本發(fā)明的向激光二極管或其他電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和 /或驅(qū)動(dòng)電流的典型方法。詳細(xì)說明本發(fā)明的各種實(shí)施例都會(huì)有詳細(xì)的參照。參照的例證會(huì)在附圖中得到闡釋。本發(fā)明會(huì)用隨后的實(shí)施例說明,但本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例的說明。相反的,本發(fā)明還意欲涵蓋, 可能包括在由附加權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)的備選方案,修訂條款和等同個(gè)例。而且,在下文對本發(fā)明的詳細(xì)說明中,指定了很多特殊細(xì)節(jié),以便對本發(fā)明的透徹理解。 但是,對于一個(gè)所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說,本發(fā)明沒有這些特殊細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)的事實(shí)是顯而易見的。在其他實(shí)例中,都沒有詳盡說明公認(rèn)的方法,程序,部件和電路,以避免本公開的各方面變得含糊不清。
同樣地,為了方便起見,雖然術(shù)語“光的”和“光電的”通??苫Q并且可以交替使用,且使用這些術(shù)語中任何一個(gè)也就涵蓋了其他,除非上下文清楚地在其它方面做出了說明。同樣,為了簡便,術(shù)語“光學(xué)信號(hào)”,“光信號(hào)”,“光波”和“光束”也可交替使用,如術(shù)語 “連接到”,“耦合到”和“與……聯(lián)系”(指連接的,耦合的和/或相通元件間的間接或者直接的關(guān)系,除非術(shù)語的上下文的用法在其他方面明白地做出了說明),但是賦予他們的含義通常是在此類技術(shù)上公認(rèn)的。在此公開的不同的實(shí)施例或示例可以與其他實(shí)施例或示例相結(jié)合,只要這一結(jié)合未明確在此公開為不利的、不希望的或有害的。
本發(fā)明涉及向諸如激光二極管之類的電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法和裝置,尤其是光或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器領(lǐng)域。通過使用本節(jié)能電流驅(qū)動(dòng)電路,可將偏置電流以高于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路的效率發(fā)送到激光二極管或其他電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載。因此,本發(fā)明避免了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路帶來的問題(低效和/或不經(jīng)濟(jì)的功耗)。下面會(huì)結(jié)合典型實(shí)施例全方位地詳細(xì)對本發(fā)明進(jìn)行說明。
典型節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路圖1A為本發(fā)明典型節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A的框圖。如圖所示,所述節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A包 含驅(qū)動(dòng)器或電壓電源105,感測電路107,和比較器111。所述節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A是耦合到 電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109上的。通常來說,驅(qū)動(dòng)器或電壓電源105為DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器,且在感測 電路107的輔助下,可對所述電壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)節(jié),以便為負(fù)載109發(fā)送較精確的電流。這 樣,所述DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器(通常為電壓電源)起電流源的作用。
驅(qū)動(dòng)器105可以是任何用于向負(fù)載109提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流106的驅(qū)動(dòng)電路 或電壓電源。在不同的實(shí)施例中,驅(qū)動(dòng)器105可包含DC-DC轉(zhuǎn)換器和/或電壓開關(guān)調(diào)節(jié)器。 在一個(gè)實(shí)施例中,雖然負(fù)載109包括激光二極管,但是負(fù)載109也可以是任何用于由來自驅(qū) 動(dòng)器105的有效電流驅(qū)動(dòng)的電子裝置,電路或電路元件(比如,LED)。
感測電路107可以是任何電路或電路系統(tǒng),用于⑴探測或感測發(fā)送到電流驅(qū)動(dòng) 負(fù)載109的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流106和(ii)將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流106轉(zhuǎn)換為電壓108。 在某些實(shí)施例中,感測電路107包含電阻器(比如,感測電阻)和一個(gè)或多個(gè)放大器(圖1A 未顯示)。在這類實(shí)施例中,所述電阻器可串接在驅(qū)動(dòng)器105和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109之間???之,所述電阻器具有較小或最小的電阻值,且將較小或最小阻抗添加到電路100A上(比如, 如下圖1B所示)。所述放大器可包含用于探測或感測偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流106并將其轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)電壓108的感測放大器。本節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A對電流敏感,不同于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路, 可在驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109必須的最小電壓上運(yùn)行。在任何實(shí)施例中,電壓108都可以發(fā) 送給比較器111。
如圖所示,比較器111分別接收⑴來自感測電路107的電壓108和(ii)第一和 第二參考電壓Vl和V2。所述第一和第二參考電壓可由一個(gè)或多個(gè)外部電壓電源和/或一 個(gè)或多個(gè)片上電壓調(diào)節(jié)器或電壓生成器(未顯示)提供。通常,第一參考電壓等于或約等于 感測電路107輸出的目標(biāo)值,而第二參考電壓等于或約等于O V或其他預(yù)定值,所述其他預(yù) 定值使反饋信號(hào)能具有在控制驅(qū)動(dòng)電路105輸出的數(shù)值的線性或其他最優(yōu)范圍內(nèi)的數(shù)值。 由驅(qū)動(dòng)器105提供的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流106取決于第一和第二參考電壓Vl和V2中至少 一個(gè)(和全部)。
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)比較的結(jié)果(比如,電壓108與第一參考電壓Vl的比較,第二參考 電壓V2與電壓108與第一參考電壓Vl間比較結(jié)果的比較,等),比較器111可向驅(qū)動(dòng)器105 提供誤差或反饋信號(hào)110。根據(jù)反饋信號(hào)110的值,驅(qū)動(dòng)器105可保持或調(diào)節(jié)自身的輸出電 壓值。由于本節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A在驅(qū)動(dòng)器105到負(fù)載109的電流通路上不需要晶體管或 其他串行元件(比如,線性電源或標(biāo)準(zhǔn)激光驅(qū)動(dòng)器),本節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A可運(yùn)行在與負(fù)載 109運(yùn)行需要的最小電壓相等或比其稍大的電壓上運(yùn)行。
因此,本節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路可探測或感測到發(fā)送到電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109的偏置和/或驅(qū) 動(dòng)電流106,并根據(jù)由比較器111提供的反饋信號(hào),保持或調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器105的輸出電路。相 比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路,節(jié)能驅(qū)動(dòng)電路100A的輸出對電流敏感,且用于向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109提供 驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)器105工作電壓可以是用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載109的最小電壓(比如,1.5V,1.8V, 2. 0V,等)。由于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器中的能量損失往往是由于驅(qū)動(dòng)器105到負(fù)載109的電流通路上 晶體管或其他串行控制元件的前向壓降造成的,因此本電路100A可顯著地降低或消除傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器中的能量損失。
提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的典型電路圖1B為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路100B的典型實(shí)施例。如圖所示,驅(qū)動(dòng)電路100B包含驅(qū)動(dòng)器 (比如,DC-DC轉(zhuǎn)換器)105,感測電路107,比較器111,和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載(比如,激光二極管) 109。如圖所示,驅(qū)動(dòng)電路100B包含用于圖1A驅(qū)動(dòng)電路100A的典型電路系統(tǒng),且那些具有 與圖1B所示相同標(biāo)號(hào)的結(jié)構(gòu)基本等同于圖1A所示的結(jié)構(gòu)。如,驅(qū)動(dòng)器105可以與圖1A 所示的情況相同。即,驅(qū)動(dòng)器105可以是DC-DC轉(zhuǎn)換器(比如,開關(guān)變換器),用于將第一電 壓(比如,輸入電壓)轉(zhuǎn)換為不同于(比如,小于)第一電壓的第二電壓(比如,輸出電壓)。舉 例來說,DC-DC轉(zhuǎn)換器可包含降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。
如圖所示,感測電路107包含感測電阻器120和第一放大器130。電阻器120可以 是用于提供電阻的任何裝置。但是,如上所述,電阻器120的數(shù)值通常相對較小,將最小阻 抗和/或負(fù)載添加到DC-DC轉(zhuǎn)換器105的輸出。比如,電阻器120的電阻值通常低于I ohm (比如,大概從0.1,0.2,0.3,O. 5歐姆,或更低的電阻值到O. 65,0.7,0.8,or O. 9歐 姆)。第一放大器130通常是感測放大器(比如,電流感測放大器)可包含任何放大器或電 路,用于確定偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流并提供或輸出與探測到的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流對應(yīng)的電 壓。
比較器111包含第二放大器140和第三放大器150。雖然第二放大器140和第三 放大器150通常都是加法放大器,但是還可包含任何用于提供與接收和/或輸入電壓總數(shù) (或,相等,之差)相應(yīng)的輸出電壓的放大器。第二和第三放大器140和150通常分別具有任 何足以使DC-DC轉(zhuǎn)換器105保持,控制和/或調(diào)節(jié)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109偏置或驅(qū)動(dòng)電流的增 益值(比如,1.1到10或更高,1. 5到5,2到4,等,或任何大于I的數(shù)值或范圍)。在某些實(shí) 施例中,如圖所示,電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109包括激光二極管。在其他實(shí)施例中,電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109 則為LED或其他任何用于通過光信號(hào)媒質(zhì)(比如,空氣,光纖[未顯示],等)生成光脈沖(比 如,光信號(hào))的電流驅(qū)動(dòng)裝置。
如圖所示,驅(qū)動(dòng)器105接收輸入電壓(比如,從光和/光電發(fā)射器和/或收發(fā)器電 路系統(tǒng),圖1B中未顯示)。在某些實(shí)施例中,接收的輸入電壓所處的范圍在1. 5V到5V左右 (比如,2. 5 V, 3 V,3.3 V,4. 5 V, 5 V左右或任何其他等于或大于1. 8V值的范圍)。在任何 實(shí)施例中,驅(qū)動(dòng)器105 (DC-DC轉(zhuǎn)換器)將接收的輸入電壓轉(zhuǎn)換為小于輸入電壓的第二電壓 (比如,按預(yù)定量),且還等于或稍大于驅(qū)動(dòng)激光二極管109需要的工作電壓。比如,第二電 壓可以在O. 5V到2V間變化(比如,O. 8 V, I V,1. 2 V,1. 5V, 1.8 V,等),而作為DC-DC轉(zhuǎn)換 器降低電壓時(shí)所調(diào)用的預(yù)定量可在在O. 2V到4V間變化(比如,O. 3V到2. 5V或任何本文所 述的值或范圍)。驅(qū)動(dòng)器105的輸出電壓提供了偏置,負(fù)載,和/或驅(qū)動(dòng)電流IOTT。所述Iqut 被發(fā)送至電阻器120 (比如,Rsense)的第一端和感測放大器130的輸入端(比如,正輸入端)。
第一放大器130的第二輸入端(比如,負(fù)輸入端)則在節(jié)點(diǎn)165耦合到電阻器120 的另一端。如圖所示,節(jié)點(diǎn)165也是被耦合到電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109的第一端或針腳(比如,正 極),而電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109的另一端或針腳(比如,負(fù)極)則耦合于接地端或電勢大概為0V。
通常,第一放大器130為具備增益或幅值A(chǔ)l的電流感測放大器。在本配置中,第 一放大器130感測或確定了貫穿電阻器120的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Itot的數(shù)值,還將偏置 和/或驅(qū)動(dòng)電流Iott轉(zhuǎn)換為與Iott成比例的電壓135。因此,電阻器120的電阻和感測放大器130的增益是可以選擇的,以便了解偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iqut和電壓135間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
將電壓135發(fā)送到第二放大器140的第一輸入端(比如,正輸入端)。第二放大器 140的第二輸入端(比如,負(fù)輸入端)與第一參考電壓稱合(比如,Vset),其中Vset _ Iout (Al * Rsense)[丄]或Iout _ Vset 丨(A1^Rsense) [2]其中Itm是流經(jīng)負(fù)載的預(yù)定或目標(biāo)電流。
第一參考電壓Vset可由內(nèi)部或外部的電壓電源提供(比列,外部電源[能貫穿傳統(tǒng)的降壓或升壓電路],電壓生成器或電阻器劃分網(wǎng)絡(luò),等)。正常工作條件下,在一個(gè)實(shí)施例中,第一參考電壓Vset使目標(biāo)電流流入二極管109。因此,Vset常常使DC-DC轉(zhuǎn)換器105生成與驅(qū)動(dòng)激光二極管109所需的理論最小電壓相等的電壓,外加負(fù)責(zé)處理變更(比如,在驅(qū)動(dòng)器105,激光二極管109,等中),電源電壓不穩(wěn)等問題的余量。此余量可以是驅(qū)動(dòng)激光二極管109所需理論最小電壓的1%至20%,或任何本文所述值或范圍。
在一個(gè)實(shí)施例中,在標(biāo)準(zhǔn)的工作條件下,加法/訊差放大器140的負(fù)極端接收VSET, 而加法/訊差放大 器140的正極端則接收與由來自驅(qū)動(dòng)器105輸出電壓提供的電流Iqut對應(yīng)的電壓。加法/訊差放大器140確定了電壓135和Vset的差(或?qū)set的負(fù)值與電壓135 的正值相加,反之亦然)并提供輸出電壓145。在本實(shí)施例中,輸出電壓145將等于或約等于0V。因此,如方程式[I]和[2]所示,由于Vset與偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iot對應(yīng)或成正比, 通過設(shè)置參考電壓Vset就可將偏置和.或驅(qū)動(dòng)電流Iotjt設(shè)定,同時(shí)生成的電壓Votjt也可有效地保持在或調(diào)節(jié)至驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109所需的最小值。
將第二放大器140的輸出電壓145提供給第三放大器150的第一端(比如,負(fù)極輸入端)。第三放大器150還在第二輸入端(比如,正極輸入端)接收第二參考電壓(比如,VKEF)。 第二參考電壓Vkef的數(shù)值通常能有效地將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iott維持在驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109所需的最小值上。因此,第二放大器140的一個(gè)作用是將誤差/反饋信號(hào)155轉(zhuǎn)換到與通常由DC-DC轉(zhuǎn)換器105接收的反饋電壓匹配的水平。第三放大器150確定接收的輸入信號(hào)(比如,電壓145和Vkef)間的差并向DC-DC轉(zhuǎn)換器105發(fā)送誤差或反饋信號(hào)或電壓 155?;蛘?第三放大器150將正極輸入電壓(比如,Veef)與負(fù)極輸入電壓(比如,電壓145) 匯總。在一個(gè)實(shí)施例中,第三放大器150的負(fù)極端接收電壓145,所述電壓145在標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定工作條件下等于或約等于0,而第三放大器150的正極端接收VKEF。因此,在這樣實(shí)施例中的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定工作條件下,反饋/誤差信號(hào)155的值等于Vkef (Veef +/- O V)。雖然放大器140 和150是如放大器增益都為I左右的實(shí)施例所示,但是明顯大于I的增益(比如,2或大于2, 5或大于5,10或大于10,等)都可用于提升放大器的靈敏度,從而提升反饋/誤差信號(hào)155 的靈敏度/或有效范圍。
如上所述,且再次參照圖1B,反饋/誤差信號(hào)155被發(fā)送到了驅(qū)動(dòng)器105 (比如, 在DC-DC轉(zhuǎn)換器105反饋針腳上)。結(jié)合VSET,驅(qū)動(dòng)器105利用誤差信號(hào)155來穩(wěn)定或調(diào)節(jié)電壓Votit :發(fā)送至電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載109的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流I·。比如,當(dāng)偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iqut與驅(qū)動(dòng)負(fù)載109的目標(biāo)電流相對應(yīng)時(shí),電路100B就處于穩(wěn)定狀態(tài),且可以保持偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Itm穩(wěn)定。另一方面,當(dāng)偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iott超過驅(qū)動(dòng)負(fù)載109所需的目標(biāo)電流時(shí),第一加法/訊差放大器140的輸出電壓145為正,且來自第二加法/訊差放大器150的反饋/誤差信號(hào)155低于第二參考電壓VKEF。這樣會(huì)導(dǎo)致DC-DC轉(zhuǎn)換器105 的輸出電壓降低,從而降低偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流IOTT。同樣,當(dāng)偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Itm低 于驅(qū)動(dòng)負(fù)載109所需的目標(biāo)電流時(shí),第一加法/訊差放大器140的輸出電壓145為負(fù),且來 自第二加法/訊差放大器150的反饋/誤差信號(hào)155高于第二參考電壓VKEF。這樣會(huì)導(dǎo)致 DC-DC轉(zhuǎn)換器105的輸出電壓升高,從而提升偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流IQUT。
在許多實(shí)施例中,本驅(qū)動(dòng)電路100B將開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器105用作低電壓電流電源 來向激光二極管109或其他電流驅(qū)動(dòng)裝置(未顯示)提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流IOTT。較之傳 統(tǒng)激光器,通過取消對貫穿晶體管的前向壓降的補(bǔ)償,驅(qū)動(dòng)電路100B效率得到了提升且功 率要求降到了最低。
典型光和/或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器圖2舉例說明了本發(fā)明光和/或光電發(fā)射器和/或收發(fā)器200(比如,SFP模塊,SFP+模 塊,等)的典型實(shí)施例。如圖所示,收發(fā)器200包含電氣接口 210,微處理器/微控制器240, 發(fā)射光組件(TOSA) 230,感測電路系統(tǒng)107,驅(qū)動(dòng)電路105,比較器111和接收器部分260。
電氣接口 210可以任何能夠準(zhǔn)確和/或有效地在外部主機(jī)(未顯示)和收發(fā)器200 組件(比如,微處理器/微控制器240,驅(qū)動(dòng)電路105,接收器260等)間傳輸數(shù)據(jù)和/或信 號(hào)的接口。微處理器/微控制器240可以是或包含用于控制和/或調(diào)整光收發(fā)器200各種 功能的微處理器,微控制器,現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA),專用集成電路(ASIC),或復(fù)雜可編 程邏輯器件(CPLD)。比如,微處理器/微控制器240可提供信號(hào)245用于控制,保持或調(diào)整 發(fā)送至激光二極管235中T0SA230的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的調(diào)制或控制激光二極管235的輸出 (比如,脈沖寬度)。此外,微處理器/微控制器240可向比較器111發(fā)送第一參考電壓(Vset) 和第二參考電壓(比如,Veef) ο或者,第一和第二參考電壓Vset和Vkef也可有光收發(fā)器200中 的電氣接口 210或其他電路系統(tǒng)(未顯示)發(fā)送。比較器111可以與圖1A-1B中所述的相同 或相似。
而且,驅(qū)動(dòng)電路105可用于向T0SA230發(fā)送偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流201。在某些實(shí)施 例中,驅(qū)動(dòng)電路105包含諸如圖1A-1B所示的DC-DC轉(zhuǎn)換器。由驅(qū)動(dòng)電路105發(fā)送到TOSA 230的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流可以是脈波寬度調(diào)變的(PWM),且在編程后提供預(yù)定功率(比如, 某種功率,可被控制和/調(diào)節(jié)到在工作溫度范圍內(nèi)或低于激光二極管235的最大工作溫 度)。通常,TOSA 230包含激光二極管235,電吸收(EA)調(diào)制器233,和傳感光電二極管237。 電吸收(EA)調(diào)制器233用于調(diào)制激光二極管235的輸出。傳感光電二極管237用于確定 激光二極管235的輸出特性(比如,功率)和向微處理器240提供反饋信號(hào)255。再某些實(shí) 施例中,激光二極管235是直調(diào)式激光器(DML),電吸收調(diào)制激光器(EML),表面發(fā)射激光器 (VSCEL)或分布式反饋激光二極管(DFB-LD)。在不同的實(shí)施例中,與本段背景部分相同或 基本類似的模擬反饋都可以完全在微處理器/微控制器240或其他數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 模塊(未顯示)執(zhí)行。
在某些實(shí)施例中(未顯示),接收器部分260包含接收光組件(ROSA),用于接收光 輸入信號(hào)(比如,從諸如光纜一類的光信號(hào)介質(zhì)接收到的光輸入信號(hào)IN)并向電氣接口 210 發(fā)送電輸出信號(hào)(比如,通過限幅放大器和/或互阻放大器)。
本光和/或光電收發(fā)器200利用感測到的和/或調(diào)節(jié)后的最小偏置和/或驅(qū)動(dòng)電 流201來驅(qū)動(dòng)激光二極管235。在不同的實(shí)施例中,電氣接口 210可接收信號(hào)和/或傳遞信號(hào)(比如,從外部主機(jī))來設(shè)定或調(diào)節(jié)發(fā)送至比較器111的第一參考電壓Vset和/或第二參考電壓VKEF。如上所述,第一參考電壓Vset的值用于確定發(fā)送至TOSA 230的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iout的值(比如,根據(jù)圖1B所示的方程式[I]和[2])?;蛘?,Vset和/或Vkef可在設(shè)計(jì)或制造時(shí)確定,并且隨后便不可調(diào)節(jié)或更改。第一參考電壓Vset和第二參考電壓Vkef通常被發(fā)送到比較器,而基于Vset的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流Iqut則發(fā)送到TOSA 230。
如圖1A-B所示,感測電路107和比較器111感測和/或監(jiān)控偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流 Iott,并向驅(qū)動(dòng)電路105發(fā)送反饋或誤差信號(hào)275。在某些實(shí)施例中,信號(hào)275被發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路105的反饋(FB)端。誤差信號(hào)275通常與由圖1B所示第三放大器提供的反饋/誤差信號(hào)155相同或類似。S卩,信號(hào)275將驅(qū)動(dòng)電路105提供的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流保持并,在某些實(shí)施例中,調(diào)節(jié)(比如,增或減)在驅(qū)動(dòng)激光二極管235所需的減小的或最小的值上。
因此,本光發(fā)射器/收發(fā)器200比使用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路的光發(fā)射器/收發(fā)器更有效和節(jié)能。即,本光和/或光電發(fā)射器/收發(fā)器減少或避免了由于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中前向降壓貫穿調(diào)節(jié)晶體管所導(dǎo)致的能量損耗。
驅(qū)動(dòng)激光二極管的典型方法本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及為激光二極管提供偏置或驅(qū)動(dòng)電流的方法。本方法通常包含 ⑴感測由電壓電源發(fā)送至電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載(比如,激光二極管)的驅(qū)動(dòng)電流,(ii)將驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓,(iii)將第一電壓與第一參考電壓比較,以得出第一比較結(jié)果,(iv)將第一比較結(jié)果與第二參考電壓比較,以得出第一比較誤差信號(hào),和(V)向誤差信號(hào)發(fā)送至電壓電源。在一些實(shí)施例中,所述電壓電源包含諸如DC-DC轉(zhuǎn)換器之類的驅(qū)動(dòng)電路,和/或感測驅(qū)動(dòng)電流包含貫穿串接在電壓電源和負(fù)載間電阻器的電壓驟降。在其他實(shí)施例中,將驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓包含從感測放大器輸出貫穿 電阻器的電壓。
為了將功耗降到最低和使效率提升到最高,本發(fā)明通常與電壓電源的使用有關(guān), 比如用于生成負(fù)載所需的確切電壓(也可以是可變和/或最小電壓)DC-DC開關(guān)變換器。通過獲取電流對負(fù)載的反饋信號(hào),電壓電源就起到了電流電源的作用,因此在忽略負(fù)載所需電壓的情況下,電流就得到了保護(hù)。因此,驅(qū)動(dòng)器(比如,DC-DC轉(zhuǎn)換器105)所提供的實(shí)際電壓是可變的,且通常也是會(huì)改變的。比如,在負(fù)載為激光二極管的情況中,溫度上升時(shí),由 DC-DC轉(zhuǎn)換器提供的電壓也會(huì)提升。但是,在忽略DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的改變的情況下, 電流得到了保護(hù),且在所有情況下,像驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的傳統(tǒng)電路一樣,驅(qū)動(dòng)器(比如, DC-DC轉(zhuǎn)換器105)也會(huì)生成特定條件所需的確切和/或最小電壓(B卩,驅(qū)動(dòng)負(fù)載電流所需的最小電壓),但是在其他串行元件中不會(huì)有額外的能量損耗發(fā)生。在某些復(fù)雜的實(shí)施例中, 電流也是可調(diào)的。
圖3舉例說明了向諸如激光二極管之類的電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載(比如,在光和/或光電器件中)發(fā)送偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法的典型流程圖300。在301,本方法啟動(dòng),而在305, 確定或感測發(fā)送至電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電流。比如,驅(qū)動(dòng)電流可由驅(qū)動(dòng)器提供,比如上文所述的DC-DC切換電壓(比如,圖1A,IB和2中的105)。在一個(gè)實(shí)施例中,本方法還包含在驅(qū)動(dòng)器輸出和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載(比如,激光二極管)間耦合一個(gè)電阻(比如,電阻器),并利用放大器來確定通過或貫穿電阻的電流或壓降。比如,所述感測放大器(比如,圖1A所示的第一放大器130)可接收來自驅(qū)動(dòng)器和電阻器間第一節(jié)點(diǎn)的第一輸入,和來自電阻器和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載間第二節(jié)點(diǎn)的第二輸入。
在節(jié)點(diǎn)310,驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成了電壓。在與感測放大器相關(guān)的實(shí)施例中,所述感測 放大器將驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓。舉例來說,所述第一電壓與驅(qū)動(dòng)器輸出電壓是相對應(yīng) 的。在315,本方法包含將第一電壓與第一參考電壓相比較。比如,將第一電壓與第一參考 電壓相比較可包含向第一加法或訊差放大器發(fā)送第一電壓與第一參考電壓來確定第一比 較結(jié)果。比如,所述第一加法放大器可以是與圖1B所示的第一放大器130相同的。通常, 所述第一參考電壓等于或約等于驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的目標(biāo)最小電壓?;蛘撸龅谝粎⒖?電壓的值等于驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需理論最小電壓并留有預(yù)設(shè)余量。
在315,本方法包含根據(jù)第一比較結(jié)果來生成反饋和/或誤差信號(hào)。在某些實(shí)施例 中,生成反饋和/或誤差信號(hào)包含相加,求和,比較或確定第一比較結(jié)果和第二參考電壓間 的差。比如,生成反饋和/或誤差信號(hào)包含將第一比較結(jié)果和第二參考電壓發(fā)送到加法/ 訊差放大器。在一個(gè)實(shí)施例中,所述第二參考電壓的值可使驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載 的最小驅(qū)動(dòng)電流。在某些實(shí)施例中,第二加法/訊差放大器的增益等于第一加法/訊差放 大器的增益(比如,其中一個(gè)的增益),在此情況下第一和第二加法/訊差放大器的增益可 各自包含加法器或減法器。在加法/訊差放大器設(shè)置在光或光電收發(fā)器或發(fā)射器的實(shí)施例 中,第一和第二參考電壓可由外部電壓電源(比如,通過電氣接口),內(nèi)置電壓發(fā)生器,電阻 式分壓器等。
在320,根據(jù)反饋/誤差信號(hào)保持或調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流。通常,反饋/誤差信號(hào)是直接 或間接發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路或電壓電源的。比如,反饋/誤差信號(hào)可發(fā)送至DC-DC轉(zhuǎn)換器的反 饋端,且所述反饋端用作電壓電源,供應(yīng)電流。當(dāng)反饋/誤差信號(hào)的電壓等于或約等于第二 參考電壓時(shí),本方法包含保持驅(qū)動(dòng)和/或偏置電流。當(dāng)反饋/誤差信號(hào)的電壓低于第二參 考電壓時(shí),本發(fā)明可包含降低驅(qū)動(dòng)和/或偏置電流。當(dāng)反饋/誤差信號(hào)的電壓大于第二參 考電壓時(shí),本方法包含提升驅(qū)動(dòng)和/或偏置電流。在正常穩(wěn)定工作條件下,反饋/誤差信號(hào) 的電壓可等于第二參考電壓。通常,忽略是否調(diào)整或保持驅(qū)動(dòng)和/或偏置電流的情況下,本 方法會(huì)持續(xù)返回305并感測發(fā)送至電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電流。自然地,本方法還可包含如 用于提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流典型電路實(shí)施例所述的附加和/或可選功能和/或步驟。
因此,通過感測由電壓電源發(fā)送到如激光二極管之類電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的偏置和/或 驅(qū)動(dòng)電流,將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為電壓,并繼續(xù)將電壓與第一和第二參考電壓比較 來向電壓電源發(fā)送反饋和/或誤差信號(hào),本方法可利用盡可能小的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流來 驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載。通常,反饋和/或誤差信號(hào)不但能將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流保持在盡可能 小的數(shù)值上,而且還可以提升或降低偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。因此,本方法可降低或最低化某 種電壓,所述電壓用于提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流和避免傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中的前向壓降(比如, 導(dǎo)致效率降低和/或更高的能耗)。
總結(jié)因此,本發(fā)明關(guān)注的是用于向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載(比如,激光二極管)提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電 流的電路,和保持和/或調(diào)整這樣的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法。本發(fā)明有益地降低或最 低化了電流驅(qū)動(dòng)電路的能耗(比如,光和/或光電收發(fā)器和/或發(fā)射器中的能耗)。根據(jù)本 電路和/或方法,所述發(fā)送至電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流可以處在最小或盡可能 小的電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需驅(qū)動(dòng)工作電壓上,從而消除功率損失,該功率損失是傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路 中的前向壓降導(dǎo)致的結(jié)果(即,激光驅(qū)動(dòng)器和激光二極管間路徑上晶體管所導(dǎo)致的)。
在本發(fā)明中,為了將功耗降到最低和最大程度提升效率,如DC-DC開關(guān)變換器的 電壓電源就得用于生成負(fù)載所需的精確(和,或者,可變的和/或最小的)電壓。通過從流 向負(fù)載的電流獲取反饋信號(hào),電壓電源就可起到電流電源的作用。因此,忽略負(fù)載所需電 壓,電流就是穩(wěn)定的。通常,實(shí)際電壓可能變化,而對于激光二極管,舉例來說,當(dāng)溫度升高 時(shí),實(shí)際電壓會(huì)提升。忽略電壓的變化,電流就是穩(wěn)定的,而正如傳統(tǒng)電路,DC-DC轉(zhuǎn)化器可 生成必要的精確電壓在所有情況下來維持電壓穩(wěn)定,且不會(huì)有其他串行元件的任何多余功 耗。在更復(fù)雜的實(shí)施例種,電流也是可調(diào)的。
對本發(fā)明的特殊實(shí)施例的上述描述是為了更好的圖解和描述本發(fā)明。他們不是詳 細(xì)的,也不會(huì)用公開的確切形式限制本發(fā)明,而很明顯根據(jù)上述教義許多修改和變更都是 合理的。為了最好地說明本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用,本文選取并描述了實(shí)施例,以便使 所屬技術(shù)領(lǐng)域的其他專業(yè)人員能夠最佳地利用本發(fā)明和各種更改過的不同實(shí)施例適用于 預(yù)期的特殊用途。即,由此處添加的權(quán)利要求和它們的等價(jià)物限定了本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的電路,包括a)驅(qū)動(dòng)器,用于向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和 /或驅(qū)動(dòng)電流;b )感測電路,用于(i )感測偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流和(i i )將偏置和/驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓;和((3)比較器,用于(i)接收第一電壓和第一考電壓,第二參考電壓并 ( )向驅(qū)動(dòng)器提供反饋/誤差信號(hào),所述反饋/誤差信號(hào)用于將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流維持或調(diào)節(jié)在或到目標(biāo)值。
2.如權(quán)利要求1所述的電路,其特征在于,所述驅(qū)動(dòng)器包含DC-DC轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求1所述的電路,其特征在于,所述感測電路包含電流感測放大器。
4.如權(quán)利要求3所述的電路,其特征在于,所述感測電路還包含串聯(lián)于所述驅(qū)動(dòng)器和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間的電阻器,而所述電流感測放大器具有分別跨接在所述電阻器上的第一和第二輸入端。
5.如權(quán)利要求4所述的電路,其特征在于,還包含所述電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載,其中所述電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載包含激光二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的電路,其特征在于,所述比較器包含第一放大器,用于接收所述第一電壓和第一參考電壓并輸出第一比較結(jié)果,和第二放大器,用于接收所述第一比較結(jié)果和第二參照電壓并輸出所述反饋和/或誤差信號(hào)。
7.一種光收發(fā)器,包含a)如權(quán)利要求5所述的電路;和b)微控制器或微處理器,用于控制所述偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。
8.如權(quán)利要求7所述的光收發(fā)器,其特征在于,所述激光二極管是耦合于所述感測電路的輸入端。
9.如權(quán)利要求7所述的光收發(fā)器,其特征在于,所述感測電路包含電流感測放大器。
10.如權(quán)利要求9所述的光收發(fā)器,其特征在于,所述感測電路還包括耦合于所述電流感測放大器第一和第二輸入端的電阻器。
11.如權(quán)利要求7所述的光收發(fā)器,其特征在于,所述比較器包含第一和第二放大器。
12.向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流的方法,包含a)感測從電壓電源到所述電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的所述偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流;b)將所述驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓;c)將第一電壓和第一參考電壓相加,相減或相比較,確定第一比較結(jié)果;d)將第一比較結(jié)果和第二參考電壓相加,相減或相比較,生成反饋和/回誤差信號(hào);和e)向所述電壓電源提供所述反饋和/或誤差信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,所述電壓電源包含DC-DC轉(zhuǎn)換器。
14.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,所述電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載包含激光二極管。
15.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,感測所述偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流包含確定通過串聯(lián)在所述電壓電源和電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間的電阻器的電流或電壓驟 降。
16.如權(quán)利要求15所述的方法,其特征在于,將所述偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為所述第一電壓包含向感測放大器第一和第二輸入端提供所述電流或電壓驟降。
17.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,還包含在所述誤差信號(hào)的值高于所述第二參考電壓時(shí)降低所述第一參考電壓。
18.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,還包含在所述誤差信號(hào)的值低于所述第二參考電壓時(shí)提升所述第一參考電壓。
19.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,所述第一參考電壓等于或大致為驅(qū)動(dòng)所述電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的最小電壓,外加可供選擇的限容電壓。
20.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,所述反饋和/或誤差信號(hào)用于維持或調(diào)節(jié)所述偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。
全文摘要
本發(fā)明披露了向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載(比如激光二極管)提供最小驅(qū)動(dòng)電壓的方法和電路。本電路和方法可用于以最小能量損耗高效地向驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流。所述電流通常包括(1)驅(qū)動(dòng)器或電壓電源,用于向電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流,(2)感測電路,用于(i)感測偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流和(ii)將偏置和/驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為第一電壓,和(3)比較器,用于(i)接收第一電壓和第一,二參考電壓并(ii)向驅(qū)動(dòng)器或電壓電源提供反饋/誤差信號(hào),所述反饋/誤差信號(hào)用于將偏置和/或驅(qū)動(dòng)電流維持或調(diào)節(jié)在或到目標(biāo)值。
文檔編號(hào)H05B37/02GK103002636SQ20121042727
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者穆罕默德·阿扎德 申請人:索爾思光電(成都)有限公司