雪崩光电二极管的偏压产生电路及相关的控制电路

摘要

本公开涉及雪崩光电二极管的偏压产生电路及相关的控制电路。本说明书提供一种用于产生一雪崩光电二极管所需的逆偏压的偏压产生电路的实施例，其包含：升压型电源转换器，设置成依据反馈信号与参考信号，将输入电压转换成较高的输出电压，以作为雪崩光电二极管的逆偏压；参考信号产生电路，设置成产生参考信号；以及控制电路。该控制电路包含：信号感测电路，设置成产生与雪崩光电二极管的输出电流大小相对应的感测信号；模拟转数字电路，设置成将感测信号转换成数字信号；以及处理电路，设置成依据数字信号调整反馈信号或参考信号的大小，以藉此控制升压型电源转换器调整输出电压的大小。

说明书

技术领域

本发明有关雪崩光电二极管(avalanchephotodiode)，尤指一种雪崩光 电二极管的偏压产生电路及相关的控制电路。

背景技术

雪崩光电二极管被广泛应用在需要较高敏感度的许多光学应用中，例 如光通讯与光学距离量测等等领域。为了获得较佳的信号增益，施加于雪 崩光电二极管的逆偏压(reversebiasingvoltage)最好是接近、但不超过雪崩 光电二极管的崩溃电压(breakdownvoltage)。

雪崩光电二极管的信号增益，与施加在雪崩光电二极管的逆偏压大小 以及温度两者有很强的相关性，所以传统雪崩光电二极管的偏压产生电路 中，需要储存一份记录雪崩光电二极管所需的逆偏压与温度间的相关性的 查找表(lookuptable)。由于工艺差异(processdeviation)的关系，不同的雪崩 光电二极管所需的逆偏压与温度间的相关性也有所不同。

在传统的偏压产生电路中，通常会利用一升压型电源转换器(boost powerconverter)将一输入电压转换成雪崩光电二极管所需的逆偏压。为了 维持前述逆偏压的稳定度，传统的偏压产生电路需要利用一数字转模拟电 路(digital-to-analogconverter，DAC)依据一控制电路所产生的控制值来产 生一模拟信号，并将该模拟信号耦接到外部分压电阻所产生的分压信号 上，以做为该升压型电源转换器运作时所需的反馈信号。

然而，由于数字转模拟电路的架构较复杂、占据较大的电路面积、且 成本较高，所以传统偏压产生电路控制升压型电源转换器产生雪崩光电二 极管所需的逆偏压的电路架构较为复杂、且成本较高。

发明内容

有鉴于此，如何降低控制升压型电源转换器产生雪崩光电二极管所需 的逆偏压的电路架构复杂度及成本，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供一种用于产生一雪崩光电二极管所需的逆偏压的偏压 产生电路的实施例，其包含：一升压型电源转换器，设置成依据一反馈信 号与一参考信号，将一输入电压转换成一较高的输出电压，以作为该雪崩 光电二极管的逆偏压；一参考信号产生电路，耦接于该升压型电源转换器， 设置成产生该参考信号；以及一控制电路，该控制电路包含：一信号感测 电路，设置成产生与该雪崩光电二极管的一输出电流大小相对应的一感测 信号；一模拟转数字电路，耦接于该信号感测电路，设置成将该感测信号 转换成一数字信号；以及一处理电路，耦接于该模拟转数字电路，设置成 依据该数字信号调整该反馈信号或该参考信号的大小，以藉此控制该升压 型电源转换器调整该输出电压的大小。

本说明书还提供一种用于一偏压产生电路中的控制电路的实施例。该 偏压产生电路用于产生一雪崩光电二极管所需的逆偏压，且包含一升压型 电源转换器与一参考信号产生电路，该升压型电源转换器设置成依据一反 馈信号与一参考信号，将一输入电压转换成一较高的输出电压，以作为该 雪崩光电二极管的逆偏压，而该参考信号产生电路耦接于该升压型电源转 换器，设置成产生该参考信号。该控制电路包含：一信号感测电路，设置 成产生与该雪崩光电二极管的一输出电流大小相对应的一感测信号；一模 拟转数字电路，耦接于该信号感测电路，设置成将该感测信号转换成一数 字信号；以及一处理电路，耦接于该模拟转数字电路，设置成依据该数字 信号调整该反馈信号或该参考信号的大小，以藉此控制该升压型电源转换 器调整该输出电压的大小。

上述实施例的优点之一，是无需在偏压产生电路设置数字转模拟电 路，故可有效降低控制升压型电源转换器产生雪崩光电二极管所需的逆偏 压的电路架构复杂度及成本。

本发明的其它优点将藉由以下的说明和图式进行更详细的解说。

附图说明

图1为本发明一实施例的偏压产生电路简化后的功能方块图。

图2为本发明另一实施例的偏压产生电路简化后的功能方块图。

[图的符号简单说明]：

100偏压产生电路

102雪崩光电二极管

104电流侦测电路

106转阻放大器

110升压型电源转换器

120参考信号产生电路

130控制电路

131信号感测电路

132模拟转数字电路

133反馈节点

134第一可调电阻

135第二可调电阻

136处理电路

具体实施方式

以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。在图式中，相同的标号 表示相同或类似的组件或方法流程。

图1为本发明一实施例的偏压产生电路(biasingvoltagegenerating circuit)100简化后的功能方块图。偏压产生电路100用于产生一雪崩光电 二极管102所需的逆偏压。如图1所示，偏压产生电路100包含一电流侦 测电路(currentdetectioncircuit)104、一升压型电源转换器(boostpower converter)110、一参考信号产生电路(referencesignalgeneratingcircuit)120、 以及一控制电路(controlcircuit)130。

在偏压产生电路100中，升压型电源转换器110设置成依据一反馈信 号FB与一参考信号VREF，将一输入电压VIN转换成一较高的输出电压 VOUT，以作为雪崩光电二极管102所需的逆偏压。当升压型电源转换器 110产生的输出电压VOUT达到雪崩光电二极管102的操作电压时，雪崩 光电二极管102会因应输入光线的大小产生对应的一输出电流IA。电流 侦测电路104设置成侦测雪崩光电二极管102的输出电流IA的大小，而 转阻放大器(transimpedanceamplifier)106则会将雪崩光电二极管102的输 出电流IA转换成相对应的电压信号，以供后级的接收电路(未示出)进行解 调变处理。

另外，参考信号产生电路120耦接于升压型电源转换器110，设置成 产生参考信号VREF。控制电路130设置成依据雪崩光电二极管102的输 出电流IA，来调整升压型电源转换器110运作所需的反馈信号FB，以使 升压型电源转换器110产生的输出电压VOUT的大小上升到接近、但不超 过雪崩光电二极管102的崩溃电压，藉此获得较高的信号增益。

实作上，前述的电流侦测电路104可用各种电流镜的架构来实现。另 外，升压型电源转换器110可用各种同步式或异步式升压型电源转换器的 架构来实现。

在图1的实施例中，控制电路130包含一信号感测电路(signalsensing circuit)131、一模拟转数字电路(analog-to-digitalconverter，ADC)132、一 反馈节点(feedbacknode)133、一第一可调电阻(variableresistor)134、一第 二可调电阻135、以及一处理电路(processingcircuit)136。

在控制电路130中，信号感测电路131设置成产生与雪崩光电二极管 102的输出电流IA大小相对应的一感测信号VS。模拟转数字电路132耦 接于信号感测电路131，设置成将感测信号VS转换成一数字信号DS。反 馈节点133用于提供反馈信号FB。第一可调电阻134耦接于该升压型电 源转换器110的一输出端与反馈节点133之间。第二可调电阻135耦接于 反馈节点133与一固定电位端(例如，接地端)之间。处理电路136耦接于 模拟转数字电路132，并设置成依据数字信号DS调整反馈信号FB的大小， 以藉此控制升压型电源转换器110调整输出电压VOUT的大小。例如，可 将处理电路136设置成依据数字信号DS改变第一可调电阻134与第二可 调电阻135的至少其中之一的电阻值，以调整在反馈节点133形成的反馈 信号FB的大小。

实作上，信号感测电路131可用各种合适的电阻、或是电阻与电容的 组合来实现，以产生电压形式的感测信号VS。

另外，前述偏压产生电路100中的不同功能方块可分别用不同的电路 来实现，也可整合在一单一电路芯片中。例如，控制电路130中的所有功 能方块可以整合在一单一电路芯片中，也可以将控制电路130与升压型电 源转换器110、参考信号产生电路120、电流侦测电路104的至少其中之 一整合到单一电路芯片中。

在运作时，控制电路130的处理电路136可先将第一可调电阻134与 第二可调电阻135两者的电阻值设置成具有一预定分压比例，以使升压型 电源转换器110的输出电压VOUT达到一预定水平。当雪崩光电二极管 102接收到光线时，若升压型电源转换器110产生的输出电压VOUT过低， 则雪崩光电二极管102产生的逆偏电流IA会过小，导致信号感测电路131 产生的感测信号VS的电压值过低。

此时，模拟转数字电路132会将所产生的数字信号DS通知处理电路 136。接着，处理电路136便会藉由改变第一可调电阻134与第二可调电 阻135的至少其中之一的电阻值的方式，改变第一可调电阻134与第二可 调电阻135两者的分压比例，以藉此控制升压型电源转换器110逐渐调升 输出电压VOUT的大小，直到处理电路136透过数字信号DS确定升压型 电源转换器110的输出电压VOUT达到雪崩光电二极管102所需的逆偏压 大小为止。

由前述说明可知，在偏压产生电路100中无需设置任何数字转模拟电 路(DAC)，故可有效降低控制升压型电源转换器110产生雪崩光电二极管 102所需的逆偏压的电路架构复杂度及成本。

另外，在设置偏压产生电路100的电路板上也无需额外设置其它的外 部分压电阻，可进一步节省电路的复杂度和成本。

图2为本发明另一实施例的偏压产生电路200简化后的功能方块图。 偏压产生电路200与前述的偏压产生电路100的架构很类似，但偏压产生 电路200利用控制电路230来取代偏压产生电路100中的控制电路130。

在图2的实施例中，控制电路230同样包含前述的信号感测电路131、 模拟转数字电路132、以及处理电路136，但省略了控制电路130中的反 馈节点133、第一可调电阻134、以及第二可调电阻135。

如图2所示，控制电路230中的处理电路136还耦接于参考信号产生 电路120，并设置成依据数字信号DS控制参考信号产生电路120调整参 考信号VREF的大小，藉此达成与前述实施例类似的功效。

例如，在运作时，控制电路230的处理电路136可先控制参考信号产 生电路120将参考信号VREF调整至一预定大小，以使升压型电源转换器 110的输出电压VOUT达到一预定水平。当雪崩光电二极管102接收到光 线时，若升压型电源转换器110产生的输出电压VOUT过低，则雪崩光电 二极管102产生的逆偏电流IA会过小，导致信号感测电路131产生的感 测信号VS的电压值过低。

此时，模拟转数字电路132会将所产生的数字信号DS通知处理电路 136。接着，处理电路136便会控制参考信号产生电路120改变参考信号 VREF的大小，以藉此控制升压型电源转换器110逐渐调升输出电压 VOUT的大小，直到处理电路136透过数字信号DS确定升压型电源转换 器110的输出电压VOUT达到雪崩光电二极管102所需的逆偏压大小为 止。

与前述的实施例相同，在偏压产生电路200中无需设置任何数字转模 拟电路(DAC)，故可有效降低控制升压型电源转换器110产生雪崩光电二 极管102所需的逆偏压的电路架构复杂度及成本。

另外，在设置偏压产生电路200的电路板上也无需额外设置其它的外 部分压电阻，可进一步节省电路的复杂度和成本。

有关前述偏压产生电路100中的其它组件的连接关系、实施方式、运 作方式、与相关的优点的说明，也适用于偏压产生电路200中的对应组件， 为简洁起见，在此不重复叙述。

在说明书及申请专利范围中使用了某些词汇来指称特定的组件。然 而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的组件可能会用不同 的名词来称呼。说明书及申请专利范围并不以名称的差异做为区分组件的 方式，而是以组件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及申请专 利范围所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。 另外，“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述 第一组件耦接于第二组件，则代表第一组件可通过电性连接或无线传输、 光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二组件，或者通过其它组件或 连接手段间接地电性或信号连接至该第二组件。

在此所使用的“及/或”的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项 目的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都 同时包含复数格的涵义。

说明书及申请专利范围中的“电压信号”，在实作上可采用电压形式 或电流形式来实现。说明书及申请专利范围中的“电流信号”，在实作上 也可用电压形式或电流形式来实现。

以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化 与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

符号说明

100、200偏压产生电路

102雪崩光电二极管

104电流侦测电路

106转阻放大器

110升压型电源转换器

120参考信号产生电路

130、230控制电路

131信号感测电路

132模拟转数字电路

133反馈节点

134第一可调电阻

135第二可调电阻

136处理电路