光驱动电路、脉冲光模块及芯片的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于无线电导航和定向的发射机【技术领域】。为了解决现有雷达脉冲变压器带宽低，失真大等问题，提供了一种光驱动电路、脉冲光模块及其封装。所述脉冲光模块(100)包括信号输入模块(1)、光发射模块(2)、光接收模块(3)、信号输出模块(4)，以及在光发射模块(2)和光接收模块(3)之间传输光信号的光纤(5)，其中的电路和光路的部件在整体上用灌封胶灌封为一体，通过光纤实现高压隔离传输。本实用新型的脉冲光模块具有带宽大、响应快、失真小的特点，大大减小脉冲变压器体积，实现了高压安全隔离。使用灌封胶灌封后的产品仅相当于一个常规的模块，使用简单，更换方便、快捷。
【专利说明】光驱动电路、脉冲光模块及芯片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线电导航和定向的发射机【技术领域】，更具体地，涉及一种脉冲光模块，用于取代脉冲变压器，实现高压隔离及脉冲信号传输。
【背景技术】
[0002]机载雷达要求体积小，重量轻，而发射机的体积和重量是制约机载雷达小型化设计的重要因素。通过对发射机进行深入的功能分析，认为影响发射机体积重量的主要因素是高压电源、调制器等的高压设计。传统上将高压电源、调制器设计成为油箱的形式，利用液体介质(如变压器油、电容器油)相对介电强度较高的特点，完成对发射机的高压设计。而这种设计对机载设备不适合，其主要的问题是难以保证体积小，重量轻的要求，其次是在高空复杂的环境条件下有着漏油的隐患。目前雷达发射机中的脉冲信号传输广泛使用电信号形式的脉冲变压器。这种变压器使用方便，易于安装。
[0003]图1示出了现有技术中的脉冲变压器原理图。其工作原理是利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。可用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等。脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压Ul是正弦波，在左侧铁心中产生正弦磁通Φ1。右侧铁心中磁通Φ2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当Φ2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。
[0004]经检索，现有技术中，申请号为CN201020280963.9的中国实用新型专利公开了一种雷达脉冲变压器，所述的雷达脉冲变压器包括次级绕组和初级绕组，其中次级绕组和初级绕组分层绕在“H”形骨架的横轴上。其中采用的新式绕法使得实际测量值更接近理论值，通过阻抗匹配和滤波电路的使用提高脉冲调制器的抗干扰性和可靠性。《紧凑型重复频率高压脉冲变压器研制》(《高电压技术》第35卷第2期，李名加等，340-343页，2009年2月)基于俄罗斯大电流电子学研究所(IHCE)研制的SINUS系列加速器所用的脉冲变压器原理，通过改进绕组耦合形式、失谐系数和高压绕组的参数设计，提出了一种紧凑型重复频率高压脉冲变压器。该变压器对形成线单次充电达到1.75MV，重复频率IOOHz时脉冲变压器能够在1.65MV下稳定运行。
[0005]目前脉冲变压器存在两个方面的主要问题:
[0006]I)带宽低，失真大
[0007]由于脉冲变压器利用电磁原理进行能量交换，使得信号带宽有限，信号频率过高时，传输损耗加大，波形畸变严重。并且传输的信号性能较低，信号的幅度、线形度、信号的上升沿等指标都不是太高，不够理想。
[0008]2)高压隔离性能差，安全性低
[0009]脉冲变压器利用电磁原理实现能量交换。为了提高耦合效率，降低传输损耗，就需要主、次级间距离较近。但出于高压隔离的要求，又需要主、次级间距离较远。因此，在满足一定的信号传输要求下，高压隔离性能变得有限，使脉冲变压器的应用场合也受到限制。实用新型内容
[0010]本实用新型的目的在于提供一种带宽高、失真小、高压隔离性能优良、安全性能高的脉冲光模块，减小其体积和重量，使之更换方便、快捷。
[0011]为达到上述目的，本实用新型提供了一种采用灌封胶封装的、将发射和接收固化成一体的小型化脉冲光模块，由发射模块，接收模块和传输用光纤三部分组成，这三部分的电路和光路的部件整体用灌封胶灌封为一体。
[0012]根据本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种用于光纤高压隔离传输的光驱动电路，包括:两输入端与非门A、两输入端与非门B、两输入端与非门C和两输入端与非门D、电容C、电容C1、电容C2,电阻Rx1、电阻RX2、电阻RX3、电阻Rx4、电阻Rf和发光二极管LED，发光二极管LED的正极经由电阻Rf接所述光驱动电路的正极，发光二极管LED的负极接地，电容C1 一端连接所述光驱动电路的正极，另一端接地，电容C2的一端连接所述光驱动电路的正极和两输入端与非门B的电源引脚，另一端接地，两输入端与非门A的接地端接地，数据从两输入端与非门A的一个输入端输入所述光驱动电路，两输入端与非门B、两输入端与非门C和两输入端与非门D这三个与非门各有一个输入端连接两输入端与非门A的输出，且上述4个两输入端与非门的另一个输入端均连接所述光驱动电路的电源正极；所述两输入端与非门B、两输入端与非门C和两输入端与非门D并联，且这三个两输入端与非门的输出分别连接电阻RX2、电阻Rx3和电阻Rx4，然后再与电阻Rxi和电容C相并联的电路进行串联，串联后的输出端连接发光二极管LED的正极。
[0013]使用光纤进行信号传输。具有带宽大、响应快、失真小的特点。并且由于使用了光纤，具有耐闻压，抗电磁干扰，体积小等优点。
[0014]进一步地，在该光驱动电路中的各两输入端与非门采用Philips公司的与非门芯片 74F3037。
[0015]进一步地，在该光驱动电路中的发光二极管LED选用的是Agilent公司的HFBR-1424发光管模块，设置该发光管模块的工作波长为850nm。
[0016]进一步地，与上述光驱动电路相配合使用的接收电路板选用的光接收模块是Agilent公司的HFBR-2422光接收模块，设置该模块接收灵敏度为-24dBm。
[0017]根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种基于光纤高压隔离传输的灌封胶封装的脉冲光模块，包括依次连接的输入端子、发射电路板、接收电路板和输出端子，还包括灌封胶，所述发射电路板和接收电路板被彼此分开、独立地设置，并且在发射电路板和接收电路板之间还包括实现高压隔离传输的光纤和所述的光驱动电路；所述发射电路板、接收电路板以及光纤用灌封胶在整体上被灌封为一体。
[0018]进一步地，所述灌封胶通过如下方式调配:采用经过计量合格的精密仪器仪表进行称量，并静置足够时间至气泡完全放出。
[0019]进一步地，所述灌封胶是环氧胶。
[0020]进一步地，脉冲光模块和其它元件均焊接在印刷电路板上。
[0021]本实用新型采用灌封胶或特种胶粘剂(例如，不会因气泡存在影响电绝缘性能的胶粘剂)进行壳体灌封，实现成型的同时，进一步隔离了高压，减小了体积和重量。由于采用灌封胶进行整体灌封，灌封胶为优良的电绝缘硅胶，当其固化成弹性体时不会产生收缩和放热现象，可隔绝水汽、灰尘，起到吸震缓冲效果，因此，其绝缘性能可以隔绝外部电磁干扰对内部电路和电子元件的影响，使元件免受电磁干扰。整个脉冲光模块结构紧凑，设计合理，提高了脉冲光模块抗振动和冲击性能，提高了脉冲光模块的可靠性。
[0022]根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种对上述脉冲光模块进行I/O端子封装的芯片，该芯片包括输入端和输出端，为双列直插式8引脚芯片，输入端各引脚依次为:接地引脚GND、信号输入引脚Sin、接地引脚GND、电源引脚Vcc ;输出端各弓I脚依次为:接地引脚GND、信号输出引脚Stjut、接地引脚GND，以及电源引脚V。。。
[0023]进一步地，设计管脚电平及信号接口时，采用自定义的芯片规格设计。
[0024]在采用上述一体式整体灌封的结构，即将电路和光路的部件整体用灌封胶灌封为一体的基础上，进一步对该脉冲光模块进行上述I/o端子结构设计，是在限于缩小体积的设计思想的前提下综合考虑小体积脉冲光模块的各方面特性后得到的结果，同时，有利于为避免插反造成元件损坏提供有效的解决方案。
[0025]本实用新型具有如下有益效果:
[0026]本实用新型提供的脉冲光模块使用光纤进行信号传输，具有带宽大、响应快、失真小的特点。并且由于使用了光纤，具有耐高压，抗电磁干扰，体积小等优点。同时采用灌封胶进行壳体整体灌封。既大大减小了新品体积，又实现了高压安全隔离。使用灌封胶灌封后的脉冲光模块仅相当于一个常规的模块，使用简单，更换方便、快捷。
[0027]本实用新型提供的脉冲光模块适合各种复杂电磁环境。并且可以采用密度小的例如环氧胶等灌封胶进行壳体灌封，体积小、重量轻，可实现短距离高压隔离的要求，对提高雷达灵活、便捷的性能奠定良好的基石。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示出了现有技术中的脉冲变压器原理图；
[0029]图2示出了根据本实用新型的灌封胶封装的脉冲光模块的功能框图；
[0030]图3示出了根据本实用新型的基于光纤高压隔离传输的灌封胶封装的脉冲光模块的结构示意图；
[0031]图4示出了用于光纤高压隔离传输的光驱动电路的一个实施例；以及
[0032]图5示出了对本实用新型的脉冲光模块进行I/O端子结构封装设计的芯片的一个实施例。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细描述。
[0034]首先参见图2。图2说明了本实用新型的脉冲光模块100的工作原理框图。脉冲光模块100包括光发射模块2、光接收模块3以及在二者之间传输光信号的光纤5。本实用新型中的脉冲光模块100的工作原理为:首先对电信号转换为光信号，再通过光纤传输，最后再将光信号还原成电信号。
[0035]具体来讲，光发射模块2主要包括信号处理部分、驱动电路部分和电光转换部分。信号输入模块I输入的脉冲信号经过信号处理部分的处理(即滤波、整形)之后，送至驱动电路部分，驱动电路部分选用带宽大于IOOMHz的驱动芯片，极少的外围电路，仅需要几个电阻和电容即可很好实现电路功能，驱动电路部分驱动光发射模块2工作，电信号经过光电模块之后进行电光转换，转换成光信号。
[0036]光信号经过传输光纤5以极少的信号衰减传送至光接收模块3。光纤5既起到传输光信号的作用，又起到高压隔离的作用，其优良的电绝缘性和无损传输的性能得以体现。
[0037]光接收模块3包括光电转换部分、信号处理部分，光接收模块3对光信号进行光电转换，把光信号还原成原来的电信号，还原的电信号经过集成运放进行放大处理，并经滤波整形后生成满足信号触发所需的信号幅度，从而实现信号的良好触发与检测功能，最后从信号输出模块4输出。
[0038]参考图3,不出了基于光纤高压隔离传输的灌封胶封装的脉冲光模块的一个实施例的结构示意图。从图3所示的实施例可以看出，灌封胶封装的脉冲光模块在结构上包括依次连接的输入端子201、发射电路板202、光纤(或光纤跳线)203、接收电路板204、输出端子205和灌封胶206。所述发射电路板202和接收电路板204被彼此分开、独立地设置。发射电路板202、接收电路板204以及光纤用环氧胶206在整体上被灌封为一体，外部仅留六个接线端子用于电源供电和与其他电路的连接。性能可靠且体积小，既能实现安全实现电压的隔离，又不占有空间。
[0039]在其他实施例中，所述环氧胶可以被作为适当的灌封胶，当然，也可以采用其他类型的灌封胶作为替换物，只要该被选择的替换物能够保证绝缘性能和效果。
[0040]在另一实施例中，所述灌封胶通过如下方式调配:进行灌封胶调配时要采用经过计量合格的精密仪器仪表进行称量，并静置足够时间至气泡完全放出。必要时可采用抽真空的方式。从而避免因气泡存在影响电绝缘性能。
[0041]优选地，脉冲光模块和其它元件均焊接在印刷电路板上，发射电路板的发射电路板和接收电路板的接收电路板被各自独立地设置，且均被灌封在壳体内部。
[0042]由于采用灌封胶进行整体灌封，灌封胶为优良的电绝缘硅胶，当其固化成弹性体时不会产生收缩和放热现象，可隔绝水汽、灰尘，起到吸震缓冲效果，因此，其绝缘性能可以隔绝外部电磁干扰对内部电路和电子元件的影响，使元件免受电磁干扰。整个脉冲光模块结构紧凑，设计合理，提高了脉冲光模块抗振动和冲击性能，提高了脉冲光模块的可靠性。
[0043]此外,在其他实施例中，由于脉冲光模块的寿命主要取决于脉冲光模块和兀器件的寿命，当脉冲光模块由于老化或性能变低时当出纤功率低于_30dBm时，接收电路板由于接收不到足够的光功率而会使脉冲光模块性能变差。较大的偏置电流和使用较高的调制度可加剧老化过程。元器件在使用过程也会出现老化现象。因此，在设计和实施时通过降低脉冲光模块的偏置电流和使用较低的调制度可延长脉冲光模块寿命。
[0044]在另一实施例中，对所采购的脉冲光模块进行功率老化筛选试验，不合格的劣质脉冲光模块失效，而优良脉冲光模块通过试验，在脉冲光模块样品甚至成品中使用。
[0045]基于上述工作原理和结构，本实用新型中的脉冲光模块100的设计思想和制作方法如下:
[0046](I)依据用户提出的电参数、尺寸、应用环境和在机载雷达发射机以及机载雷达系统中的作用，采用光纤进行信号传输和使用灌封胶进行整体外壳灌封。
[0047](2)依据脉冲光模块100需要在高压情况下进行对脉冲电信号的安全、无损传输的要求，在信号传输上采用光电转换模块，发射电路板和接收电路板单独设计，从而避免高压沿PCB板材上的敷铜传输的情况。
[0048]在本实用新型的一个实施例中，上述单独设计的一种实施方式为:
[0049]A.先将电脉冲信号经信号处理送至光驱动电路，驱动电光转换模块工作，发射出符合要求的光信号。
[0050]B.考虑到光纤既能实现信号的无损传输，又有优良高压绝缘性能，因此，光信号经光纤传输。
[0051]C.接收电路板上的光电转换模块接收经光纤传输过来的光信号，并转换成电信号，经信号处理、滤波等还原成能满足脉冲宽度、脉冲频率、前沿抖动等指标要求的触发脉冲信号，进而触发后续电路工作。
[0052](3)脉冲光模块100的电路在满足电气参数和指标要求的情况下，其外部壳体需满足高压条件下的使用要求，经综合考虑各因素，采用灌封胶进行壳体的整体灌封，选用优良电绝缘性能的灌封胶。这种采用灌封胶进行壳体的整体灌封的方案具有如下优点:一方面保护内部电路器件能正常可靠的工作，另一方面也能使整体免受高压侵袭，避免电磁干扰等因素的影响。
[0053](4)电路和光路的设计
[0054]I)电路的设计
[0055]从电路设计的角度来说，最方便，最直接的电路设计就是将所有元件设计在一块板子上，这样既能节约体积，节省成本，又方便调试和安装。但是本实用新型由于要求实现小体积情况下的高压隔离，这就需要在设计时要兼顾到各种有可能影响高压隔离性能指标的材料的耐压性能。于是，作为实现电气性能的工具，印刷电路板是必须的。因此必须考虑如何能良好地布局和设计才能实现本实用新型的高压隔离指标。
[0056]电路板一般用敷铜层压板制成，板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。常用的敷铜层压板是敷铜酚醛纸质层压板、敷铜环氧纸质层压板、敷铜环氧玻璃布层压板、敷铜环氧酚醛玻璃布层压板、敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印刷电路板用环氧玻璃布等，其特性见下表。
[0057]表I敷铜板特性表
[0058]
【权利要求】
1.一种用于光纤高压隔离传输的光驱动电路，包括:两输入端与非门A、两输入端与非门B、两输入端与非门C和两输入端与非门D、电容C、电容Cp电容C2、电阻RX1、电阻RX2、电阻RX3、电阻Rx4、电阻Rf和发光二极管LED，发光二极管LED的正极经由电阻Rf接所述光驱动电路的正极，发光二极管LED的负极接地，电容C1 一端连接所述光驱动电路的正极，另一端接地，电容C2的一端连接所述光驱动电路的正极和两输入端与非门B的电源引脚，另一端接地，两输入端与非门A的接地端接地，数据从两输入端与非门A的一个输入端输入所述光驱动电路，两输入端与非门B、两输入端与非门C和两输入端与非门D这三个与非门各有一个输入端连接两输入端与非门A的输出，且上述4个两输入端与非门的另一个输入端均连接所述光驱动电路的电源正极；所述两输入端与非门B、两输入端与非门C和两输入端与非门D并联，且这三个两输入端与非门的输出分别连接电阻RX2、电阻Rx3和电阻Rx4，然后再与电阻Rxi和电容C相并联的电路进行串联，串联后的输出端连接发光二极管LED的正极。
2.根据权利要求1所述的光驱动电路，其特征在于，在该光驱动电路中的各两输入端与非门采用Philips公司的与非门芯片74F3037。
3.根据权利要求1所述的光驱动电路，其特征在于，在该光驱动电路中的发光二极管LED选用的是Agilent公司的HFBR-1424发光管模块，设置该发光管模块的工作波长为850nm。
4.根据权利要求1所述的光驱动电路，其特征在于，与上述光驱动电路相配合使用的接收电路板选用的光接收模块是Agilent公司的HFBR-2422光接收模块，设置该模块接收灵敏度为_24dBm。
5.一种基于光纤高压隔离传输的灌封胶封装的脉冲光模块，包括依次连接的输入端子、发射电路板、接收电路板和输出端子，其特征在于，还包括灌封胶，所述发射电路板和接收电路板被彼此分开、独立地设置，并且在发射电路板和接收电路板之间还包括实现高压隔离传输的光纤和根据权利要求1一4之一所述的光驱动电路；所述发射电路板、接收电路板以及光纤用灌封胶在整体上被灌封为一体。
6.根据权利要求5所述的脉冲光模块，其特征在于，所述灌封胶是环氧胶。
7.根据权利要求5所述的脉冲光模块，其特征在于，脉冲光模块和其它元件均焊接在印刷电路板上。
8.一种对权利要求5-7任意一个所述的脉冲光模块进行I/O端子封装的芯片，所述芯片包括权利要求5-7任意一个所述的脉冲光模块,该芯片还包括输入端和输出端，为双列直插式8引脚芯片，输入端各引脚依次为:接地引脚GND、信号输入引脚Sin、接地引脚GND、电源引脚VCC ;输出端各引脚依次为:接地引脚GND、信号输出引脚Sout、接地引脚GND，以及电源引脚VCC。
9.根据权利要求8所述的芯片，其特征在于，设计管脚电平及信号接口时，采用自定义的芯片规格设计。
【文档编号】G08C23/06GK203385852SQ201320287568
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】陆兆辉 申请人:中国电子科技集团公司第八研究所