一种用于光电子器件的故障保护器，包含有整体体二极管的ＭＯＳＦＥＴ。电容器被连接在该ＭＯＳＦＥＴ的漏极和栅极之间，而电阻器被连接在该ＭＯＳＦＥＴ的栅极和源极之间。ＭＯＳＦＥＴ的漏极可与光电子器件的第一端子连接，而ＭＯＳＦＥＴ的源极可与光电子器件的第二端子连接。该器件通过防止反向偏置电压超过制造商规定的绝对极大值，克服以前已知技术的问题，并且还防止ＥＳＤ或其他与功率有关的故障避免超过激光二极管的最大正向偏置电压，同时不把显著的电阻或电容添加到该激光二极管，从而不使驱动该激光二极管的任务变复杂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及保护光电子器件免受电感应损坏，例如由静电放电和功率浪涌引起的 损坏，该功率浪涌能够在功率升高和功率下降时序期间出现。
技术介绍
包含发光二极管(LED)、激光二极管等的光电子器件，是每天生活中不断增加的部 分。确实，当人们经历他们生活的一天的过程时，他们会碰到或许数百甚至数千个LED和激光二极管。使用LED的老生常谈的例子，包含报警时钟显示器、消费者电子器件的简单显示 器、大规模TV类显示器和甚至街道交叉路口的交通信号灯。使用激光二极管的例子，包含 超市条码扫描器、激光指针、结构对准器件和警用交通雷达。大多数光电子器件如果超过它们的标称电压或电流参数，能够容易被损坏。事实 上，含有光电子器件的产品常常似乎没有明显诱因便神秘地失效。这些器件失效模式的周 密深入考察，已经揭示在功率升高/下降时序期间的功率浪涌和静电放电(ESD)事件，是光 电子器件失效的两个主要原因。当在产品上的电源被接通或断开时，内部电路能够在它们的规定内部电源范 围以外工作一段短暂的时间段。作为一个例子，激光二极管驱动器中使用的轨对轨 (rail-to-rail)运算放大器，可以被规定工作在从2. 7到5. 5伏的电源范围。但生产商对 该运算放大器在0到2. 7伏的电源电压之间将如何动作不作保证或表述。正因如此，电流 或电压调节电路可以在功率升高和功率下降期间失去平衡，并常常把过电流或过电压状况 加到集成在产品内的光电子器件上。这些过电流或过电压状况可以使该光电子器件受力， 以致每次功率升高和功率下降循环以器件疲劳形式积累。最后，该光电子器件可以因疲劳 而失效，导致用户经历的所谓神秘的失效。静电放电(ESD)也可以导致神秘的器件失效，而ESD有许多方式可以与产品接触。 最常见的生成ESD方式之一是当人在铺地毯的楼板上走过，然后与某些东西接触时出现。 放电能够出现在任何被接触的物体上，范围从对ESD不敏感的物体，诸如门把手，到对ESD 非常敏感的物体，诸如电子产品。研究已经表明，当ESD放电出现时，放电电压能够分布在4000直到高达32，000伏 DC之间的任何值，取决于周围环境的状况，所穿的衣服，地板表面种类和其他因素。当被设 计成以2. 2伏端子电压工作的光电子器件经历数千伏ESD放电时，结果能够是毁灭性的。激光二极管通常作为两种不同损坏机理的结果而失效。损坏机理之一与光学有 关，并当激光二极管正在产生光(称为“激射”)，且光学能量密度超过激光二极管的完整反 射镜的反射能力时出现。当这种情况出现时，被作成反射镜的表面永远失去它的反射性，而 该激光二极管不再适当地起作用。这种情况可以被想象为激光变得这样强，以致它使反射 镜表面汽化。第二种损坏机理与激光二极管的PN结本身的失效有关。严重的过电流或过 电压的功率浪涌能够引起局部受热和其他有害现象，这在极端状况下，能够实际上使激光二极管芯片碎裂。显然，当这种情况发生时，激光二极管不再起作用。这些损坏机理两者能 够被过电压或过电流状况诱发。低功率的激光二极管，即，光输出功率在约200mW以下的激光二极管，对ESD特别 敏感。这是因为它们被设计成固有地快速器件。实际上，低功率激光二极管常常被直接调 制并用于有千兆赫数据速率范围的光纤通信。因此，激光二极管的PN结和光学元件对电 压或电流的变化能够非常迅速地反应。这样，为了有效，ESD保护器件和方法最好是通过把 防止过电压或过电流状态的发生放在第一位，不是通过在它一旦已经出现时才对它作出反 应，作为提前的主动措施被实施。图1示出典型低功率激光二极管的电流对电压的分布图。从图可见，该分布图类 似于其他类型的二极管和半导体器件的分布图。从零伏开始，在电压上施加增量的正增加 (即，那些趋向于使激光二极管正向偏置的电压)，有非常小的电流流量，直至到达约1.8 伏。更多的增量的正增加从约1.8伏起使电流的流量按粗略的指数率增加。然而，该激光 二极管没有发射激光，直至电流超过“激射阈值”，就这里所指的激光二极管，该“激射阈值” 出现在约30毫安及约2. 2伏上。对电压上进一步的增量的正增加，电流流量继续增加，同时该激光二极管发射的 光功率按粗略地与电流成比例的速率增加。一旦达到某一特定激光二极管的最大设计电流 (对本激光二极管，该最大设计电流约35毫安和2. 4伏)，电流的进一步增加将很可能产生 由上述损坏机理之一或两者引起的失效。因此，重要的是，对特定的二极管，要完全防止电 压从而防止电流的增加超出绝对最大额定值。在大多数情形下，如果该绝对最大额定值被 超过，那怕是一段短暂的时间段，低功率激光二极管将被破坏。本文中术语“正的ESD”被用于指其电压极性倾向于使激光二极管正向偏置的 ESD，而“负的ESD”指其电压极性倾向于使激光二极管反向偏置的ESD。在此指出，图1只示出正电压，就是说，使激光二极管正向偏置的电压的电流对电 压的分布图。激光二极管制造商建议，要避免负的的电压，就是说，倾向于使激光二极管反 向偏置的电压。示例性激光二极管的数据单列出2伏的绝对最大反向电压。为了保护该激光二极管不被ESD损坏，该保护装置应限制正电压在约2. 4伏和负 电压在约2. 0伏或更小。遍及本讨论的剩余部分这些电压都被用作参考。为了评价ESD保护方案的效率，采用有助于示出和理解ESD事件期间所经历的电 压及电流电平的电路模型是有用的。有诸多所谓“人体模型”用于ESD的评价，而有用的一 个被示于图2，其中表明150皮法的电容器被充电到预定的电压，该电容器与330欧姆的电 阻器串联，后者再被连接到待测试中的器件(DUT)。该模型也可以是IEC 61000-4-2标准所 使用人体模型。如上所述，ESD事件的电压电平范围从约4000到约32，000伏DC。然而，为 模拟ESD事件的目的，常用的代表电压是15，000伏。考察该人体模型，该电容器被充电达15，000伏，用人体模型的330欧姆的串联电 阻器通过激光二极管放电，能够看到，该激光二极管在放电期间将经历超过45安培的电 流。简单的R/C分析表明，这一放电发生在非常短暂的时间段上，不大于数十纳秒。已经观 察到真实世界的ESD事件是在1到2纳秒范围内。因此，为了有效，ESD保护装置必须在纳 秒范围内作出反应，而且还有在从约20MHz到IGHz范围的有效频率带宽。使用图2所示的人体模型作为指导，能够看到，如果ESD保护方案作为无源装置被实施，并与激光二极管并联放置，那么它必须有小于44毫欧姆的有效阻抗，以便保护其 绝对最大反向偏置电压为2.0伏并且其正向偏置极限相同的激光二极管。数学计算是 (15，000伏/(330欧姆+44毫欧姆))X44毫欧姆=1. 99伏。在本领域当前的状态内，有诸多ESD保护装置被用于保护激光二极管的目的，并 为了把该保护装置定位到靠近该激光二极管，这些保护装置常常被嵌入在可以被定位在远 离激光二极管驱动器电路的“头部”内。图3示出熟知的被用于保护激光二极管的ESD保护装置之一。在该方案中，该头 部内的电阻器被直接跨接在激光二极管端子之间，并通常有大致100欧姆的电阻。使用图1的人体模型作为指导，容易看到，该保护装置不是有效的。如在上面所讨 论的，对15，000伏的ESD事件，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子电路，包括：增强型ＭＯＳＦＥＴ，它有栅极，控制在源极和漏极之间的电流，该ＭＯＳＦＥＴ包含可一同工作的体二极管；被连接在该ＭＯＳＦＥＴ的漏极和栅极之间的电容器装置；被连接在该ＭＯＳＦＥＴ的源极和栅极之间的电阻器装置，其中该漏极可与光电子器件的第一端子连接，以及该源极可与光电子器件的第二端子连接，该第二端子不同于第一端子。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/079,8442008年7月11日1.一种电子电路，包括增强型M0SFET，它有栅极，控制在源极和漏极之间的电流，该MOSFET包含可一同工作 的体二极管；被连接在该MOSFET的漏极和栅极之间的电容器装置； 被连接在该MOSFET的源极和栅极之间的电阻器装置，其中该漏极可与光电子器件的第一端子连接，以及该源极可与光电子器件的第二端子 连接，该第二端子不同于第一端子。2.按照权利要求1的电路，还包括光电子器件，该光电子器件是激光二极管和发光二 极管中的至少之一。3.按照权利要求1的电路，其中该电路形成故障保护器，该故障保护器作为分立部件 之一并且作为该光电子器件的整体部分被实施。4.按照权利要求1的电路，其中该MOSFET是N型沟道MOSFET和P型沟道MOSFET之5.按照权利要求1的电路，其中该体二极管是快速恢复的体二极管。6.按照权利要求1的电路，其中施加于MOSFET的栅极到源极阈值电压是在0.5伏以下。7.按照权利要求1的电路，其中该电阻器装置包括第一电阻器装置，且其中该电路还 包括被连接在漏极和栅极之间的第二电阻器装置，该第一和第二电阻器装置各提供部分偏 置以维持栅极在需要的电压上。8.按照权利要求7的电路，其中该第二电阻器装置与该电容装置形成并联连接。9.按照权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：小威廉·R·本纳，
申请(专利权)人：小威廉·R·本纳，
类型：发明
国别省市：US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。