开环光电二极管增益调节制造技术

装置和相关方法涉及一种开环控制电路(OLCC)，该开环控制电路被配置成根据命令的光电二极管增益电平和测量的温度信号来确定光电二极管元件(PDE)驱动电压。在说明性示例中，OLCC可以接收APD元件的当前温度。例如，OLCC可以接收APD的相对于预定基准增益的命令的增益。例如，OLCC可以基于当前温度检索APD的预定效率特征(PEC)。如果温度对应于PEC的基本上非线性部分，则OLCC可以例如基于PEC，根据温度和命令的增益确定驱动电压。各种实施例可以在与光电二极管相关联的宽动态温度范围内有利地提供对光电二极管的输出增益的直接控制。提供对光电二极管的输出增益的直接控制。提供对光电二极管的输出增益的直接控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开环光电二极管增益调节
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求由Ashley Wise等人于2020年8月27日提交的标题为“OPEN
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LOOP PHOTODIODE GAIN REGULATION”的美国临时申请序列号63/071,080的权益。
[0003]本申请通过引用将前述申请的全部内容并入本文。
[0004]本申请的主题与由Ashley Wise等人于2017年6月16日提交的标题为“Open
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Loop Laser Power
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Regulation”的美国申请序列号15/625,949的主题可具有共同的专利技术人身份和/或可与其相关，该美国申请序列号15/625,949于2018年5月29日作为美国专利9,985,414发布。


[0005]各种实施例一般涉及使用光电二极管和光电二极管驱动器的应用。
[0006]背景
[0007]光电二极管，包括雪崩光电二极管(APD)，在一系列应用中被采用。应用可以包括但不限于在光电式传感器中的存在和定位、在三角测量和飞行时间传感器中的距离测量以及光纤通信。
[0008]概述
[0009]装置和相关联的方法涉及一种开环控制电路(OLCC)，该开环控制电路被配置成根据命令的光电二极管增益电平和测量的温度信号确定光电二极管元件(PDE)驱动电压。在说明性示例中，OLCC可以接收APD元件的当前温度。例如，OLCC可以接收APD的相对于预定基准增益的命令的增益。例如，OLCC可以基于当前温度检索APD的预定效率特征(PEC)。如果温度对应于PEC的基本上非线性的部分，则OLCC可以例如基于PEC，根据温度和命令的增益确定驱动电压。各种实施例可以在与光电二极管相关联的宽动态温度范围内有利地提供对光电二极管的输出增益的直接控制。
[0010]各种实施例可以实现一个或更多个优点。例如，一些实施例可以提供用于任意增益电平的光电二极管输出增益控制。一些实施例可以有利地提供APD增益的快速响应控制，诸如无需到期望增益电平的迭代伺服过程。在各种实施例中，基于预定效率特征的增益控制可以有利地提供在反向击穿电压下或超过反向击穿电压时对光电二极管(例如，APD)的控制(例如，开环控制)。各种实施例可有利地将光电二极管保持在控制区域中，该控制区域在温度范围内具有(预定)最小增益分辨率。
[0011]例如，一些实施例可以提供增强精度的开环控制。例如，可以有利地增加光电二极管和系统的可用动态范围。各种实施例可有利地提供反应更迅速、有成本效益的和/或更紧凑的光学检测实现。
[0012]在附图和下面的描述中阐述多种实施例的细节。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征和优点将是明显的。
[0013]附图简述
[0014]图1描绘了示例性开环控制电路(OLCC)工厂用例的混合框图和透视图。
[0015]图2描绘了示例性OLCC的框图。
[0016]图3描绘了诸如参考图1
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图2所描述的OLCC的示例性实现的框图。
[0017]图4描绘了针对示例性APD的输出电流增益与输入电压的关系的温度曲线族的曲线图。
[0018]图5描绘了针对示例性APD中的电压与脉宽调制(PWM)占空比的关系以及增益与PWM占空比的关系的温度曲线族的曲线图。
[0019]图6描绘了针对示例性APD中的PWM占空比步长与APD增益的关系的温度曲线族。
[0020]图7描绘了在了解当前温度和电流增益电平的情况下实现的示例性增益控制流程的框图。
[0021]图8描绘了在温度曲线族中选定的示例性相对基准增益，该温度曲线族是针对示例性APD中的相对线性增益与APD电压的关系。
[0022]图9描绘了室温下的示例性APD的增益与电压关系校准曲线。
[0023]图10描绘了温度曲线族的曲线图，该温度曲线族绘制了示例性APD的相对线性增益与APD输入电压的关系。
[0024]图11描绘了对APD增益查找表(LUT)或方程校准模型的示例性控制信号。
[0025]图12描述了针对示例性APD的跨越多个温度的控制信号与增益的示例性校准。
[0026]图13描绘了示例性APD的增益与温度与电压的关系轮廓(profile)的二维表面。
[0027]图14描绘了针对示例性APD的示例性系数与APD增益的关系。
[0028]图15描绘了用于根据温度控制APD增益电平的示例性开环方法。
[0029]图16描述了用于根据温度控制APD增益电平的第二示例性开环方法。
[0030]在各个绘图中的相似参考符号表示相似的元素。
[0031]所示实施例的详细描述
[0032]为了帮助理解，本文档进行了如下组织。首先，参考图1简要介绍了一个示例性用例。其次，参考图2，硬件框图进一步定义了示例性开环控制电路(OLCC)。第三，参考图3，示例框图示出了系统中的OLCC的示例性实现。接下来参考图4
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图14，讨论转向说明OLCC计算的细节的示例性实施例，具体地，转向为期望的光电二极管输出增益计算光电二极管输入电压的方法。参考图15和图16，示例性软件流程图概述了示例性OLCC的一般功能方法。最后，该文档讨论了与用于光电二极管元件的增益控制的OLCC有关的进一步的实施例、示例性应用和方面。
[0033]图1描绘了示例性开环控制电路(OLCC)工厂用例的混合框图和透视图。示例性OLCC工厂用例100包括控制器105。控制器105电耦合以驱动光发射器电路110。在操作中，光发射器电路110(例如，激光元件和驱动电路)由控制器105驱动以生成光束115。光束115被瞄准在螺栓120的头部上。反射光束125到达光电二极管检测器130。光电二极管(诸如雪崩光电二极管(APD))可以例如被设计成在高反向偏置电压下工作。在一些示例中，光束115和光束125的通过时间(transit time)可以被用于确定距离。在一些示例中，光束115和125的缓解百分比(percent remission)可以被用于确定强度/距离。在进一步的示例中，反射光束125的返回角可以被用于确定距离。因此，可以采用这些方法中的任何一种或组合来确定距离。在所描绘的用例100中，如果光束115已经落在螺栓120的缺失头部或空隙121上，则根据反射光束125确定的位置距离可能已经指示异常。
[0034]在操作中，OLCC 135从控制器105接收光电二极管(PD)增益电平140。此外，OLCC 135根据接收到的PD增益电平140计算驱动电压145。OLCC 135电耦合到PD检测器130。PD检测器130接收驱动电压145，并根据由驱动电压145确定的相对增益生成电信号150。由于由OLCC 135响应于命令的PD增益电平140所计算的驱动电压145，PD检测器130以增益输出电信号150。
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于雪崩光电二极管(APD)的增益控制装置，其适于生成信号以控制至少一个APD元件的相对增益，所述装置包括：传感器，所述传感器被配置成测量指示APD元件的温度的温度信息；控制器，所述控制器能够操作地耦合到所述传感器并被配置成：(a)接收测量的温度信息；以及(b)接收命令的APD相对增益电平信号，所述命令的APD相对增益电平信号表示相对于预定基准增益的期望APD增益电平，所述期望APD增益电平将由所述APD元件响应于提供给所述APD元件的输入端的驱动电压而生成；数据储存器，所述数据储存器能够操作地耦合到所述控制器，其中：所述数据储存器包含关于预定效率特征的信息，所述预定效率特征将所述APD元件的所述命令的APD相对增益电平信号与被提供给所述APD元件的驱动电压相关联，预定效率特征信息包括响应于所述APD元件的测量温度而针对多个温度进行的调整，所述控制器还被配置成检索所述预定效率特征信息的至少一部分，该至少一部分足以确定所述驱动电压，使得当所述驱动电压被提供给所述APD元件时，在由所述测量的温度信息指示的所述APD元件的温度下操作时，所述驱动电压能够操作以使所述APD元件生成实质上所述期望APD增益电平；当所检索的预定效率特征信息指示在所述APD元件的测量温度下的所述期望APD增益电平对应于所述预定效率特征的基本非线性部分时，所述控制器还被配置成基于所检索的预定效率特征，根据所述命令的APD相对增益电平信号和所述测量的温度信息确定所述驱动电压信号；以及驱动器电路，所述驱动器电路能够操作地耦合到所述控制器并耦合到所述APD元件的输入端，所述驱动器电路被配置成将确定的驱动电压信号提供给所述APD元件的输入端，其中，所述确定的驱动电压信号能够操作，以从所述APD元件生成相对于所述预定基准增益的增益电平，所述增益电平基本上处于所述期望APD增益电平。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预定效率特征包括作为用于所述APD元件的至少一个预定效率特征的非线性函数的多个系数存储在所述数据储存器中的信息。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预定效率特征包括作为温度调整信息存储在所述数据储存器中的信息，所述温度调整信息用于将标称温度下的确定的驱动电压信号补偿到根据所接收的测量温度信息的确定的驱动电压信号。4.一种生成信号以控制基于雪崩光电二极管(APD)的元件的增益电平的方法，所述方法包括：用传感器测量指示APD元件的温度的温度信息；在控制器处接收测量的温度信息；在所述控制器处接收命令的APD相对增益电平信号，所述命令的APD相对增益电平信号表示相对于预定基准增益的期望APD增益电平，所述期望APD增益电平将由所述APD元件响应于被提供给所述APD元件的输入端的驱动电压而生成；提供能够操作地耦合到所述控制器的数据储存器，其中，所述数据储存器包含关于预定效率特征的信息，所述预定效率特征将所述命令的APD相对增益电平信号与被提供给所述APD元件的驱动电压相关联，预定效率特征信息包括响应于所述APD元件的测量温度而针
对多个温度进行的调整；用所述控制器检索所述预定效率特征信息的至少一部分，该至少一部分足以确定所述驱动电压，使得当所述驱动电压被提供给所述APD元件时，在由所述测量的温度信息指示的所述APD元件的温度下操作时，所述驱动电压能够操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿什利，
申请(专利权)人：邦纳工程公司，
类型：发明
国别省市：