具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，包括第一過載保護電路，與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口A連接，還包括第二過載保護電路，與跨阻放大器的工作電源輸入端口B連接。所述第一過載保護電路包括電源芯片A，所述電源芯片A的Vout引腳和MONIN引腳之間通過第一電阻相連接。MONIN引腳通過第二電阻與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口VAPD端連接。本實用新型可以有效提高具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光探測器的最小過載值到2dBm左右，本實用新型還有效保護跨阻放大器不受長時間大光入射損害。
【專利說明】具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光纖【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]光探測器是將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷Ｈ肷涔庑盘栐诠馓綔y器中轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯娏?，稱為光電流。光電流Ip與入射光信號功率P的轉(zhuǎn)換關(guān)系為R=lp/p，R稱為響應(yīng)度。具有APD-TIA的光探測器是現(xiàn)今光通信應(yīng)用光電探測器的一種，多用于長距離光纖通信，以檢測微弱光信號。它包括兩部分:雪崩光電二極管(以下簡稱APD)和跨阻放大器(以下簡稱TIA)。AH)與普通光電二極管相比，對入射光信號具有更大的放大作用。AH)在額定工作電壓下的平均輸出光電流Im=I’ p*M，其中I’ P為平均初級光生電流，M為APD的雪崩倍增因子，一般APD的平均輸出電流Im可以達(dá)到幾十毫安?？缱璺糯笃魈幱贏PD的后端，對APD的平均輸出電流進(jìn)行放大、輸出。TIA能承受的最大輸入電流較小，一般只有2 miT5mA，這也是現(xiàn)今具有APD和TIA的光探測器最小過載點的計算依據(jù)。入射光功率大于光探測器能夠承受的最小過載值時，就可能損壞TIA部件，使得器件失效。一般具有APD-TIA的光電探測器的最小過載值為_7dBm，大于該值就可能損壞TIA。因此需要解決兩個技術(shù)問題:1、增大最小過載值，同時不能影響光電探測器的靈敏度；2、防止光功率在最小過載值附件的光信號長時間入射對光探測器造成損傷。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題為提供一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，解決了入射信號光功率大于最小過載值而燒壞TIA部件的問題。
[0004]本實用新型提供一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，包括第一過載保護電路和第二過載保護電路，所述第一過載保護電路與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 A連接，所述第二過載保護電路與跨阻放大器的工作電源輸入端口 B連接。
[0005]進(jìn)一步地，所述第一過載保護電路包括電源芯片A，所述電源芯片A的Vout弓丨腳和MONIN引腳之間通過第一電阻相連接，且Vout引腳、MONIN引腳還均與電源芯片A內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換放大器的輸入端相連接，該電壓轉(zhuǎn)換放大器的輸出端通過電源芯片A的Vrfri引腳連接MCU控制芯片的雪崩光電二極管電壓控制端。
[0006]進(jìn)一步地，所述電源芯片A的MONIN引腳與所述電壓轉(zhuǎn)換放大器之間的連接接點還順次通過鏡像電流源電路、電源芯片A的VAPD_TOT引腳、第二電阻與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 A相連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述第二電阻與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 A之間的連接接點通過第一電容接地，所述鏡像電流源電路還通過電源芯片A的MON引腳與MCU控制芯片的電流監(jiān)控端連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述第一電阻的阻值為180 Ω，所述第二電阻的阻值為10ΚΩ。
[0009]進(jìn)一步地，所述電源芯片A為LT3571型號芯片。
[0010]進(jìn)一步地，所述第二過載保護電路包括電源芯片B ;所述電源芯片B的SHD引腳連接MCU控制芯片SHD_TIA端；所述電源芯片B的IN引腳、GND引腳分別連接外接電源、接地；所述電源芯片B的OUT引腳通過第三電阻連接跨阻放大器的工作電源輸入端口 B。
[0011]進(jìn)一步地，所述電源芯片B的IN引腳、GND引腳之間通過第二電容相互連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述電源芯片B的OUT引腳和第三電阻之間的連接接點與地之間并聯(lián)有第二電容和第三電容，且所述第二電容和第三電容相互并聯(lián)。
[0013]進(jìn)一步地，所述外接電源的電壓為5V，所述電源芯片B為MAX8891型號芯片。
[0014]本實用新型具有的優(yōu)點在于:
[0015]本實用新型提供一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，可以有效提高具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光探測器的最小過載值到2dBm左右，而實際光通信應(yīng)用的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光探測器，可能的環(huán)境光功率在2dBnT-30dBm之間。本實用新型還有效保護跨阻放大器不受長時間大光入射損害。通過實驗測試數(shù)據(jù)修正警戒值，可實現(xiàn)具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光電探測器在2dBm大功率光信號持續(xù)入射12小時而不被損壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型中具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型提供的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的第一過載保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本實用新型提供的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的第二過載保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1_雪崩光電二極管；2_跨阻放大器；3-第一電阻；4_第二電阻；5_電源芯片A ;6_電壓轉(zhuǎn)換放大器；7_鏡像電流源電路；8_第一電容；9-MCU控制芯片；10_電源芯片B ;11_外接電源；12_第二電容；13_第三電阻；14_第三電容；15_第四電容。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0021]本實用新型提供一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其中具有雪崩光電二極管1和跨阻放大器2的光檢測器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中雪崩光電二極管1具有工作電源輸入端口 vAPD端,該工作電源輸入端口 VAPD端的最佳工作電源輸入電壓一般為28.3V。所述跨阻放大器2具有工作電源輸入端口 VTIA端，該工作電源輸入端口 VTIA端的最佳工作電源輸入電壓一般為3.3V。ITIA是雪崩光電二極管1的輸出光電流，同時也是跨阻放大器2的輸入電流，并且，所述跨阻放大器2具有兩路輸出，分別為Out—P、Out—N0
[0022]本實用新型提供的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的光檢測器的過載保護電路，如圖2和圖3所示，包括保護雪崩光電二極管I的第一過載保護電路和保護跨阻放大器2的第二過載保護電路，通過第一過載保護電路、第二過載保護電路對應(yīng)給雪崩光電二極管1、跨阻放大器2分開供電。
[0023]如圖2所示，所述第一過載保護電路包括電源芯片A5，該電源芯片A5優(yōu)選為LT3571型號芯片，如LT3571EUD，，該電源芯片A5的Vout引腳和MONIN引腳之間通過第一電阻3 (180 Ω)相連接。所述電源芯片A5的Vout引腳、MONIN引腳還均與電源芯片A5內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換放大器6的輸入端相連接，且所述電壓轉(zhuǎn)換放大器6的輸出端順次通過電源芯片A5內(nèi)部的比較器、電源芯片A5的Vetri引腳連接MCU控制芯9片的雪崩光電二極管電壓控制端。所述電源芯片A5的MONIN引腳與所述電壓轉(zhuǎn)換放大器6之間的連接接點還通過順次通過鏡像電流源電路7、電源芯片A5的VAPD_QUT引腳、第二電阻4 (10ΚΩ )與雪崩光電二極管I的工作電源輸入端口 Vapd端連接。所述第二電阻4與雪崩光電二極管I的工作電源輸入端口 Vapd端之間的連接接點通過一第一電容8接地。所述鏡像電流源電路7還通過電源芯片A5的MON引腳與MCU控制芯片9的電流監(jiān)控端連接。
[0024]所述第一過載保護電路對雪崩光電二極管I的限流、限壓具體實現(xiàn)方式為:1、通過第一電阻3限制雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 Vapd端的電壓值。在Itia電流增大的條件下，第一電阻3分壓增大,從而減小雪崩光電二極管I的工作電源輸入端口 Vapd端電壓值。2、第二電阻4限制Vapd引腳的輸出電流值。電源芯片A5通過內(nèi)部的鏡像電流源電路7限制VAPD_TOT引腳的輸出電流，其具體的限制值可以通過改變第二阻值來4加以實現(xiàn)。
[0025]如圖3所示，所述第二過載保護電路包括電源芯片B10，所述電源芯片BlO優(yōu)選為MAX8891型號芯片，如MAX8891EXK33+T。所述電源芯片BlO的SHD引腳連接MCU控制芯片9的SHD_TIA端，IN引腳、GND引腳分別連接5V的外接電源11、接地，且IN引腳、GND引腳之間通過第二電容12相互連接，OUT引腳通過第三電阻13連接跨阻放大器2的工作電源輸入端口 Vtia端，且OUT引腳和該第三電阻13之間的連接接點與地之間并聯(lián)有第三電容14和第四電容15，且第三電容14和第四電容15相互并聯(lián)。該第二過載保護電路將5V電壓轉(zhuǎn)換為跨阻放大器2所需要的工作電壓。
[0026]所述MCU控制芯片9通過監(jiān)測第一過載保護電路的工作電流，以控制第二過載保護電路中電源芯片B的工作，以保護跨阻放大器2不受損傷。
[0027]本實用新型中通過硬件設(shè)計，限制雪崩光電二極管I的工作電壓和輸出電流。雪崩光電二極管I的工作電源由電源芯片A5 (LT3571)提供，該電源芯片A5可以將3.3V直流電壓轉(zhuǎn)換成28V左右的高壓輸出，具體值依據(jù)雪崩光電二極管I的雪崩擊穿電壓而決定。輸出高壓值可以由電源芯片A5控制腳Vetal進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時，該電源芯片A5還具有電流監(jiān)測和控制功能。
[0028]在電源芯片A5的電壓輸出腳Vapimxit引腳與雪崩光電二極管I的工作電源輸入端口 Vapd端之間串入一個10ΚΩ的分壓電阻即第二電阻8，該第二電阻8起到分壓的作用。入射光功率小于-1OdBms時，光電流較小，第二電阻8的分壓小，對光電探測器性能影響小；入射光功率大于-1OdBm時,光電流逐漸增大,在第二電阻8上的分壓作用已不可忽略。雪崩光電二極管I隨著輸入電壓的減小，倍增因子隨之減小，最終抑制了雪崩光電二極管I的輸出電流，保護了跨阻放大器2。
[0029]運用電源芯片A5的電流監(jiān)測和控制功能，設(shè)計電源芯片的限流功能。對于選定的光電探測器，可以通過比對入射光功率與輸入雪崩光電二極管1電流關(guān)系，確定限制電流值。本實用新型的優(yōu)選實施例中考慮到跨阻放大器2的極限輸入電流不得超過2mA，所以限制電源芯片A5的最大輸出電流一般為1.5mA，從而有效保護跨阻放大器2不受損傷。
[0030]本實用新型中上述設(shè)計的理論限制電流值為1.5mA，但是受電器件的精度影響，實際限制值會有偏差，另外，限制值1.5mA距離跨阻放大器2的極限輸入電流值很接近，如果讓跨阻放大器2長時間工作在極限電流值附近，會影響跨阻放大器2的使用壽命甚者損壞器件。所以，還需要設(shè)計保護電路以保護跨阻放大器2不受長時間大光入射所損壞?？缱璺糯笃?的工作電源由電源芯片B10提供，電源芯片B10將5V外接電源11的電壓轉(zhuǎn)換為
3.3V電壓輸出，以提供跨阻放大器2的工作需要。通過MCU控制芯片9監(jiān)控雪崩光電二極管1的工作電流，設(shè)置比限制電流值(1.5mA)更小的警戒電流值，一旦監(jiān)測到雪崩光電二極管1的工作電流值達(dá)到警戒值，就關(guān)斷跨阻放大器2的工作電源，該種保護可以防止長時間過載光功率入射燒壞跨阻放大器2。
[0031]本實用新型中的雪崩光電二極管1的電源芯片A5優(yōu)選為LT3571芯片；第二電阻
4的阻值優(yōu)選為10ΚΩ ;第一電阻3的阻值優(yōu)選為180Ω ;控制跨阻放大器2電源開光的“警戒電流值”為0.7mA,即要求ITIA電流值小于0.7mA，大于該值時關(guān)閉跨阻放大器2的電源。通過上述優(yōu)選的部件設(shè)計，可保證具有雪崩光電二極管1和跨阻放大器2的光電探測器在入射光功率小于2dBm條件下不會被損壞。
[0032]當(dāng)今使用的具有雪崩光電二極管1和跨阻放大器2的光電探測器最小過載值為-7dBm，即入射光功率大于或等于該最小過載值時，就會燒壞和跨阻放大器2，使得光探測器失效。本實用新型設(shè)計的保護電路可以有效提高具有雪崩光電二極管1和跨阻放大器2的光探測器的最小過載值到2dBm左右，而實際光通信應(yīng)用的APD-TIA光探測器，可能的環(huán)境光功率在2dBnT-30dBm之間。本實用新型還有效保護跨阻放大器2不受長時間大光入射損害。通過實驗測試數(shù)據(jù)修正警戒值，可實現(xiàn)APD-TIA光電探測器在2dBm大功率光信號持續(xù)入射12小時而不被損壞。
[0033]以上所述實施例僅是為充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型的保護范圍不限于此。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，包括第一過載保護電路和第二過載保護電路，所述第一過載保護電路與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 A連接，所述第二過載保護電路與跨阻放大器的工作電源輸入端口 B連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述第一過載保護電路包括電源芯片A，所述電源芯片A的Vout引腳和M0NIN引腳之間通過第一電阻相連接，且Vout引腳、M0NIN引腳還均與電源芯片A內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換放大器的輸入端相連接，該電壓轉(zhuǎn)換放大器的輸出端通過電源芯片A的火&1引腳連接MCU控制芯片的雪崩光電二極管電壓控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述電源芯片A的M0NIN引腳與所述電壓轉(zhuǎn)換放大器之間的連接接點還順次通過鏡像電流源電路、電源芯片A的ν-,τ引腳、第二電阻與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 Α相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述第二電阻與雪崩光電二極管的工作電源輸入端口 A之間的連接接點通過第一電容接地，所述鏡像電流源電路還通過電源芯片A的M0N引腳與MCU控制芯片的電流監(jiān)控端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述第一電阻的阻值為180Ω，所述第二電阻的阻值為10ΚΩ。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述電源芯片A為LT3571型號芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述第二過載保護電路包括電源芯片B ;所述電源芯片B的SHD引腳連接MCU控制芯片SHD_TIA端；所述電源芯片B的IN引腳、GND引腳分別連接外接電源、接地；所述電源芯片B的OUT引腳通過第三電阻連接跨阻放大器的工作電源輸入端口 B。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述電源芯片B的IN引腳、GND引腳之間通過第二電容相互連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述電源芯片B的OUT引腳和第三電阻之間的連接接點與地之間并聯(lián)有第二電容和第三電容，且所述第二電容和第三電容相互并聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有雪崩光電二極管和跨阻放大器的光檢測器的過載保護電路，其特征在于，所述外接電源的電壓為5V，所述電源芯片B為MAX8891型號芯片。
【文檔編號】H02H9/04GK203522167SQ201320626212
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】周志勇, 陳龍, 田軍 申請人:武漢電信器件有限公司