【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及apd偏置电路领域。更特别地，本文公开了与apd偏置电路中的反馈回路控制相关的各种方法和装置。
技术介绍
1、在光学通信中，光传感器用于将接收到的光学信号转换成输出电信号，该光传感器可以是光电二极管(pd)、雪崩光电二极管(apd)、硅光电倍增器(sipm)、或其他类型的光传感器。
2、除了实现光到电的转换之外，apd还具有另一个很好的属性。在操作期间，apd反向偏置，并且具有内部倍增增益。针对硅apd的内部增益通常为几十到几百，这取决于反向偏置电压。因此，apd允许检测非常弱的光学信号。如与不能放大信号的光电二极管相比，这是有利的。
3、因此，apd是用作光学无线应用(诸如li-fi通信)的检测器的非常有前途的候选。利用由apd提供的内部增益，可以大大减小所需的检测器尺寸，同时提供足以用于进一步信号处理的相同信号强度。替代地，可以降低传输功率，以在两个远程设备之间执行光学无线通信。
4、与apd相关联的一个问题是增益温度依赖性以及各部件之间的大容差。如果施加固定的反向偏置电压，则在高温下增益显著降低，并且导致信号和信噪比(snr)大幅下降。由于这些原因，通常对apd反向偏置电路施加补偿。例如，监控apd的温度，并且然后针对该温度施加调整后的偏置电压。这种调整装置通常借助于微控制器(mcu)来实现。查找表可以存储在mcu中，并且专用算法以数字方式实现。
5、cn103457673a涉及一种用于改善具有偏置电路和监控电路的apd光学接收器的饱和光功率的方法和设备。>
6、us2016163886a1涉及一种用于生成雪崩光电二极管(apd)所需的反向偏置电压的偏置电压生成电路，其包括：升压功率转换器，该升压功率转换器被配置为根据反馈信号和参考信号将输入电压可操作地转换为更高的输出电压，并且将输出电压施加为apd的反向偏置电压；参考信号生成电路，其被配置为可操作地生成参考信号；和控制电路。
技术实现思路
1、如上所述，apd反向偏置电压补偿回路通常在具有数字电路的mcu中实现，从而导致相对大的电路尺寸、较高的功耗、和延长的产品开发周期。另一方面，apd的一个有前途的应用领域将是组装在紧凑的光学前端(ofe)模块中，用于集成在消费电子产品中，诸如智能手机、平板电脑、遥控器、或其他电子设备。对于此类应用，尺寸、成本和功耗都是关键的设计要求。
2、鉴于以上所述，本公开涉及用于提供具有双模拟反馈回路控制的apd偏置电路的方法和装置，该apd偏置电路适用于在小规格设备(诸如用于消费电子产品的ofe)中使用。更特别地，本专利技术的目的是通过如权利要求1所述的偏置电路以及如权利要求15所述的偏置电路的方法来实现的。
3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种偏置电路。一种雪崩光电二极管(apd)的偏置电路，包括：连接到apd的电压转换模块，其中电压转换模块被配置为将输入电源电压(vin)转换成用于apd的偏置电压；误差放大器，其连接到电压转换模块，用于实现反馈控制；电压反馈回路，其被配置为向误差放大器提供与偏置电压相关的第一模拟信号；以及电流反馈回路，其被配置为向误差放大器提供与apd电流相关的第二模拟信号；其中第一模拟信号和第二模拟信号经由反馈节点(fb)被提供给误差放大器，并且误差放大器被配置为基于第一模拟信号和第二模拟信号来控制电压转换模块。
4、偏置电路用于向apd供电，并帮助它在不同的操作条件下正常操作。此外，由于apd是电易损模块，因此调节偏置电路以保护apd不受损坏也是有利的。
5、一方面，apd需要相对高的偏置电压来操作，此外，要由apd提供的增益也与偏置电压密切相关。由于所需的增益可能分布在大的范围内，因此相应的偏置电压也需要被调整。另一方面，还期望监控apd电流，这提供了关于接收到的光学信号的强度的指示。apd电流优选地是apd的平均电流，但是它也可以是rms值，或者某个滤波器级之后的电流值。给定光学接收器中apd之后的处理电路的动态范围，优选的是保持接收信号强度接近最佳电平，或者至少在动态范围内。电流反馈回路还可以用于确定系统中的光学或电学组件是否退化或损坏，从而允许采取校正措施。
6、所公开的偏置电路包括电压反馈回路和电流反馈回路两者，以调节电压转换模块的操作。如与在回路中使用mcu的传统解决方案相比，所公开的偏置电路中的反馈控制完全依赖于模拟信号。并且因此，它为该设计提供了低成本和小规格的解决方案。控制功能主要由使用第一模拟信号和第二模拟信号的输入的误差放大器来实现。
7、偏置电路也可以用于向另一种类型的光传感器提供电压，该另一种类型的光传感器具有与apd相似的属性。
8、在一个示例中，误差放大器包括运算放大器，该运算放大器被配置为将根据第一模拟信号或第二模拟信号的反馈信号与基准进行比较，并且比较结果被积分并被用于控制电压转换模块。
9、运算放大器将由电压反馈回路或电流反馈回路提供的反馈信号与基准进行比较，并对误差进行积分。误差放大器的输出控制电压转换模块的功率级。电压转换模块的控制可以直接或者间接实现。例如，误差放大器的输出可以用于控制脉宽调制器，并且脉宽调制器用于调节电压转换模块的功率级。
10、有益的是，第一模拟信号和第二模拟信号经由反馈节点(fb)被提供给误差放大器。
11、通过经由相同的输入节点(误差放大器的反馈节点)提供第一和第二模拟信号，反馈回路因此以动态方式由第一模拟信号和第二模拟信号两者控制，使得每次用第一模拟信号和第二模拟信号之中较强的信号支配回路。例如，当电流回路激活并控制apd偏置电压时，电压回路仍然通过充当反馈控制的内部回路来发挥作用，使得电压回路将与输出电压成比例的电流注入fb引脚。
12、有利的是，第一模拟信号经由连接到电压转换模块的输出节点的分压器来捕获。
13、分压器是一种无源电路，它产生的输出电压是其输入电压的一部分。分压是在分压器的组件之间分配输入电压的结果。分压器的一个示例是两个串联连接的电阻器，其中输入电压施加在电阻器对上，并且输出电压来自电阻器对之间的连接。
14、取决于电压转换模块的结构，第一模拟信号可以经由电压转换模块的中间级来捕获。这有助于减少反馈回路中电阻器的数量，否则将第一模拟信号从电压转换模块的最后一级反馈到误差放大器需要这些电阻器。
15、有益的是，第二模拟信号经由串联连接到apd的电流感测电阻器rs来捕获。
16、电流感测用于检测apd电流。优选地，它是apd的平均电流，但是它也可以是rms值，或者某个滤波器级之后的电流值。具有不同感测技术的不同类型的电流传感器可以用于测量或检测电流。分流电流传感器法是一种常用且有成本效益的电流感测解决方案。
17、优选地，电容器并联连接到电阻器rs以旁路高频信号，从而产生ac接地。
18、电容器旁路高频信号，并增加连接在apd和另外的跨阻抗放大器(ti本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种雪崩光电二极管APD的偏置电路(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的偏置电路(100)，其中所述误差放大器(120)包括运算放大器(U1)，所述运算放大器(U1)被配置为将根据所述第一模拟信号或所述第二模拟信号的反馈信号与基准进行比较，并且其中比较结果被积分并被用于控制所述电压转换模块(110)。
3.根据权利要求1或2所述的偏置电路(100)，其中所述第一模拟信号是经由连接到所述电压转换模块(110)的输出节点(VR)的分压器捕获的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述第二模拟信号经由串联连接到所述APD的电流感测电阻器Rs来捕获。
5.根据权利要求4所述的偏置电路(100)，其中电容器(C3)与电阻器Rs并联连接以旁路高频信号，从而产生AC接地。
6.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述第一模拟信号经由二极管(D4)连接到所述反馈节点(FB)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述第二模拟信号经由射极跟随器(Q1)连
8.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，所述偏置电路(100)进一步包括温度感测元件，用于补偿用于实现所述APD的特定增益电平所需的偏置电压的温度依赖性。
9.根据权利要求8所述的偏置电路(100)，其中所述温度感测元件是NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻被配置成与调谐电阻器形成串联电路，其中所述串联电路连接到所述误差放大器(120)的反馈节点(FB)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，所述偏置电路(100)进一步包括连接在所述电压转换模块(110)和所述APD之间的RC滤波器。
11.根据权利要求10所述的偏置电路(100)，所述偏置电路(100)进一步被配置为向多于一个APD提供偏置，其中所述电压转换模块(110)经由RC滤波器连接到每个APD，并且多于一个RC滤波器通过以下方式构建：
12.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述电压转换模块(110)包括多于一个上转换级，并且所述电压反馈回路从中间的上转换级获得。
13.根据权利要求1所述的偏置电路(100)，其中所述电压转换模块(110)包括作为第一级的升压转换器和作为另一级的连接到所述升压转换器的电压倍增器，并且所述第一模拟信号经由连接到所述升压转换器的输出节点(Vout)而不是所述电压转换模块(110)的输出节点(VR)的分压器来捕获。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种雪崩光电二极管apd的偏置电路(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的偏置电路(100)，其中所述误差放大器(120)包括运算放大器(u1)，所述运算放大器(u1)被配置为将根据所述第一模拟信号或所述第二模拟信号的反馈信号与基准进行比较，并且其中比较结果被积分并被用于控制所述电压转换模块(110)。
3.根据权利要求1或2所述的偏置电路(100)，其中所述第一模拟信号是经由连接到所述电压转换模块(110)的输出节点(vr)的分压器捕获的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述第二模拟信号经由串联连接到所述apd的电流感测电阻器rs来捕获。
5.根据权利要求4所述的偏置电路(100)，其中电容器(c3)与电阻器rs并联连接以旁路高频信号，从而产生ac接地。
6.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述第一模拟信号经由二极管(d4)连接到所述反馈节点(fb)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，其中所述第二模拟信号经由射极跟随器(q1)连接到所述反馈节点(fb)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的偏置电路(100)，所述偏置电路(100)进一步包括温度感测元件，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶海敏，C·乔丹，A·赛沃，K·阿鲁兰杜，
申请(专利权)人：昕诺飞控股有限公司，
类型：发明
国别省市：
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