APD保护电路的制作方法

本发明涉及APD技术领域，特别涉及一种APD保护电路。

背景技术：

雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode，简称APD）是激光通信中常用的光敏元件。APD在长期使用中会造成损伤，通常APD损伤是由能量累积导致，即P = I * t。如果在极短时间内，捕捉到APD响应电流超过一定范围，并立即关闭偏置电压（Vapd），则可以实现APD的硬件保护。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种APD保护电路，以改善APD在长期使用过程中造成损伤的问题。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种APD保护电路，包括电源电路、电流采样电路及判决电路；其中，

所述电源电路，其输入端通过一保护开关接入偏置电压，输出端与所述电流采样电路相连，用于为APD提供驱动电流；

所述电流采样电路，其输入端与所述电源电路相连，输出端与所述判决电路相连，用于等比例采样APD的驱动电流，并将采样得到的采样电流或所述采样电流转换得到的采样电压输出给所述判决电路；

所述判决电路，其输入端与所述电流采样电路相连，输出端与所述保护开关相连，用于在检测到所述采样电流或所述采样电压超过预设的门限值时，给出断开控制信号以控制所述保护开关断开。

作为一种实施方式，所述电源电路包括镜像电流源，所述镜像电流源的输入端为所述电源电路的输入端，所述镜像电流源的一个电流输出端用于连接所述APD以提供驱动电流，所述镜像电流源的另一个电流输出端为所述电源电路的输出端，用于等比例输出所述驱动电流至所述电流采样电路。

作为一种实施方式，所述电流采样电路用于采样APD的驱动电流，并将采样得到的采样电流转换为采样电压输出给所述判决电路；所述判决电路，用于在检测到所述采样电压超过预设的门限值时，给出断开控制信号以控制所述保护开关断开。

作为一种实施方式，所述电流采样电路包括运算放大器、第一电阻、第一电容；

所述运算放大器的输入端为所述电流采样电路的输入端，所述运算放大器的输出端为所述电流采样电路的输出端；

所述第一电阻和所述第一电容并联组成第一并联支路，所述第一并联支路的一端连接所述运算放大器的输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端。

作为另一种实施方式，所述电流采样电路包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻和所述第二电容并联组成第二并联支路，所述第二并联支路的一端分别与所述电源电路的输出端、所述判决电路的输入端连接，另一端接地。

作为一种实施方式，所述判决电路包括比较器和第一D触发器，所述比较器的输入端为所述判决电路的输入端，所述第一D触发器的输出端为所述判决电路的输出端，所述比较器的输出端连接所述第一D触发器的输入端。

作为另一种实施方式，所述判决电路包括第二D触发器，所述第二D触发器的输入端为所述判决电路的输入端，所述第二D触发器的输出端为所述判决电路的输出端。

本发明实施例提供的APD保护电路，通过采样电路采样APD的工作电流，判决电路将采样电流或采样电流转换得到的采样电压与设定门限值进行比较，当超过设定门限值时断开偏置电压，使得APD停止工作，可以有效地保护APD，降低其损伤的几率。本发明APD保护电路设计合理，结构简单，易于实现，且成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的APD保护电路的原理图。

图2为本发明实施例2提供的APD保护电路的原理图。

图3为本发明实施例3提供的APD保护电路的原理图。

图4为本发明实施例4提供的APD保护电路的原理图。

主要元件符号说明

电源电路10；电流采样电路20；判决电路30。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种APD保护电路，包括电源电路、电流采样电路及判决电路；其中，所述电源电路，其输入端通过一保护开关接入偏置电压，输出端与所述电流采样电路相连，用于为APD提供驱动电流。

在一个实施方案中，所述电流采样电路，其输入端与所述电源电路相连，输出端与所述判决电路相连，用于等比例采样APD的驱动电流，并将采样得到的采样电流输出给所述判决电路；

所述判决电路，其输入端与所述电流采样电路相连，输出端与所述保护开关相连，用于比较所述采样电流和预设的门限值，在检测到所述采样电流超过预设的门限值时，给出断开控制信号以控制所述保护开关断开，在检测到所述采样电流未超过预设的门限值时，给出连通控制信号以控制所述保护开关连通。

在另一个实施方案中，所述电流采样电路，其输入端与所述电源电路相连，输出端与所述判决电路相连，用于等比例采样APD的驱动电流，并将采样得到的采样电流转换为采样电压输出给所述判决电路；

所述判决电路，其输入端与所述电流采样电路相连，输出端与所述保护开关相连，用于比较所述采样电压和预设的门限值（容易理解的，用于电压比较的门限值与用于电流比较的门限值不同，电压门限值由电流门限值转换得到），在检测到所述采样电压超过预设的门限值时，给出断开控制信号以控制所述保护开关断开，未超过预设的门限值时，给出连通控制信号以控制所述保护开关连通。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1示出了本实施例提供的APD保护电路的原理图。请参阅图1，本实施例提供的APD保护电路包括电源电路10、电流采样电路20和判决电路30。其中，

电源电路10包括镜像电流源，所述镜像电流源的输入端为所述电源电路10的输入端，其通过保护开关接入偏置电压，定义所述镜像电流源的一个电流输出端为驱动电流输出端，另一个电流输出端为采样电流输出端，该驱动电流输出端用于连接所述APD，以向APD提供驱动电流，采样电流输出端为所述电源电路10的输出端，用于等比例输出所述驱动电流至所述电流采样电路20。

电流采样电路20包括运算放大器、电容C1及电阻R1，运算放大器的“-”输入端为电流采样电路20的输入端，连接镜像电流源的采样电流输出端，电容C1与电阻R1并联组成第一并联支路，第一并联支路的一端连接所述运算放大器的“-”输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端。运算放大器的输出端为电流采样电路20的输出端。

判决电路30包括比较器和第一D触发器D1，比较器的“+”输入端为判决电路30的输入端，连接运算放大器的输出端，比较器的“-”输入端连接基准电压，比较器的输出端连接第一D触发器D1的输入端，第一D触发器D1的输出端为判决电路30的输出端，连接保护开关。

镜像电流源为APD提供驱动电流，同时为电流采样电路20提供采样电流，采样电流与驱动电流成比例，采样电流经电阻R1转换为采样电压输出至比较器，比较器将采样电压与预设的门限值进行比较，如果采样电压大于门限值，则输出断开控制信号给保护开关，以断开保护开关，使镜像电流源停止为APD提供驱动电流，使得APD停止工作，实现保护APD的目的；反之，如果采样电压小于等于门限值，则输出连通控制信号给保护开关，以使保护开关继续保持导通。

实施例2

图2示出了本实施例提供的APD保护电路的原理图。请参阅图2，本实施例提供的APD保护电路包括电源电路10、电流采样电路20和判决电路30。其中，

电源电路10包括镜像电流源，所述镜像电流源的输入端为所述电源电路10的输入端，其通过保护开关接入偏置电压，定义所述镜像电流源的一个电流输出端为驱动电流输出端，另一个电流输出端为采样电流输出端，该驱动电流输出端用于连接所述APD，以向APD提供驱动电流，采样电流输出端为所述电源电路10的输出端，用于等比例输出所述驱动电流至所述电流采样电路20。

电流采样电路20包括运算放大器、电容C1及电阻R1，运算放大器的“-”输入端为电流采样电路20的输入端，连接镜像电流源的采样电流输出端，电容C1与电阻R1并联组成第一并联支路，第一并联支路的一端连接所述运算放大器的“-”输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端。运算放大器的输出端为电流采样电路20的输出端。

判决电路30包括第二D触发器D2，第二D触发器D2的输入端为判决电路30的输入端，连接运算放大器的输出端，第二D触发器D2的输出端为判决电路30的输出端，连接保护开关。

镜像电流源为APD提供驱动电流，同时为电流采样电路20提供采样电流，采样电流与驱动电流成比例，采样电流经电阻R1转换为采样电压输出至第二D触发器D2，第二D触发器D2将采样电压与预设的门限值进行比较，如果采样电压大于门限值，则输出断开控制信号给保护开关，以断开保护开关，使镜像电流源停止为APD提供驱动电流，使得APD停止工作，实现保护APD的目的；反之，如果采样电压小于等于门限值，则输出连通控制信号给保护开关，以使保护开关继续保持导通。

本实施例中，直接利用D触发器的TTL逻辑门限进行比较判决，取代了比较器的使用，一方面降低了硬件成本，另一方面还精简了电路结构，减小了PCB电路板面积。

实施例3

图3示出了本实施例提供的APD保护电路的原理图。请参阅图3，本实施例提供的APD保护电路包括电源电路10、电流采样电路20和判决电路30。其中，

电源电路10包括镜像电流源，所述镜像电流源的输入端为所述电源电路10的输入端，其通过保护开关接入偏置电压，定义所述镜像电流源的一个电流输出端为驱动电流输出端，另一个电流输出端为采样电流输出端，该驱动电流输出端用于连接所述APD，以向APD提供驱动电流，采样电流输出端为所述电源电路10的输出端，用于等比例输出所述驱动电流至所述电流采样电路20。

电流采样电路20包括电容C2及电阻R2，电容C2与电阻R2并联组成第二并联支路，第二并联支路的一端接地，另一端连接镜像电流源的采样电流输出端、判决电路30的输入端。

判决电路30包括比较器和第一D触发器D1，比较器的“+”输入端为判决电路30的输入端，连接第二并联支路的输出端，比较器的“-”输入端连接基准电压，比较器的输出端连接第一D触发器D1的输入端，第一D触发器D1的输出端为判决电路30的输出端，连接保护开关。

镜像电流源为APD提供驱动电流，同时为电流采样电路20提供采样电流，采样电流与驱动电流成比例，采样电流经电阻R2转换为采样电压输出至比较器，比较器将采样电压与预设的门限值进行比较，如果采样电压大于门限值，则输出断开控制信号给保护开关，以断开保护开关，使镜像电流源停止为APD提供驱动电流，使得APD停止工作，实现保护APD的目的；反之，如果采样电压小于等于门限值，则输出连通控制信号给保护开关，以使保护开关继续保持导通。

本实施例中，电流采样电路20相比于实施例1、实施例2中的实施方式，减少了运算放大器的使用，不但降低了硬件成本，还简化了电路结构。

实施例4

图4示出了本实施例提供的APD保护电路的原理图。请参阅图4，本实施例提供的APD保护电路包括电源电路10、电流采样电路20和判决电路30。其中，

电源电路10包括镜像电流源，所述镜像电流源的输入端为所述电源电路10的输入端，其通过保护开关接入偏置电压，定义所述镜像电流源的一个电流输出端为驱动电流输出端，另一个电流输出端为采样电流输出端，该驱动电流输出端用于连接所述APD，以向APD提供驱动电流，采样电流输出端为所述电源电路10的输出端，用于等比例输出所述驱动电流至所述电流采样电路20。

电流采样电路20包括电容C2及电阻R2，电容C2与电阻R2并联组成第二并联支路，第二并联支路的一端接地，另一端连接镜像电流源的采样电流输出端、判决电路30的输入端。

判决电路30包括第二D触发器D2，第二D触发器D2的输入端为判决电路30的输入端，连接第二并联支路的输出端，第二D触发器D2的输出端为判决电路30的输出端，连接保护开关。

镜像电流源为APD提供驱动电流，同时为电流采样电路20提供采样电流，采样电流与驱动电流成比例，采样电流经电阻R2转换为采样电压输出至第二D触发器D2，第二D触发器D2将采样电压与预设的门限值进行比较，如果采样电压大于门限值，则输出断开控制信号给保护开关，以断开保护开关，使镜像电流源停止为APD提供驱动电流，使得APD停止工作，实现保护APD的目的；反之，如果采样电压小于等于门限值，则输出连通控制信号给保护开关，以使保护开关继续保持导通。

本实施例中，相比于实施例3中的所述电路结构，进一步降低了硬件成本，简化了电路结构。

为了保障APD不受损伤，较优地，当采样电压/电流超过门限值时，短时间内即使APD继续工作也不至于损坏。针对于某些特殊的应用场景，可能当采样电压/电流超过门限值时，也希望APD短时间内继续保持工作。因此，作为一种补充，上述任一实施例中，APD保护电路还可以包括MCU，MCU分别与保护开关、第一（或第二）D触发器相连。在需要时启用MCU，通过MCU检测保护开关的状态，在保护开关处于断开状态时输出连通控制信号给第一（或第二）D触发器，以控制保护开关连通。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。