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CN102255505B - 一种apd电压控制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种APD电压控制电路，包括微控制电路和升压电路，所述微控制电路用于控制升压电路，根据反馈信号控制电压上升，使得升压电路按照要求升高电压，最终达到APD工作电压；升压电路包括升压芯片和倍压电路；所述升压芯片接收微控制电路的控制信号和升压电路的反馈信号，根据微控制电路的控制工作；所述倍压电路对升压芯片的输出电压进行倍压；升压芯片的关断引脚通过电阻下拉接地。并进一步公开了对应的控制方法。本发明技术方案的上电保护方式，有效降低光模块上电过程中，浪涌电流对光模块接收端APD和系统供电电路的损坏。

Description

一种APD电压控制电路及方法
技术领域
本发明涉及光通信领域的SFP光模块，尤其是一种适用于SFP光模块的APD电压控制电路及方法，该上电电路和方法有效降低了SPF(Small Form-FactorPluggable Transceivers)光模块上电过程的浪涌电流对系统的损害。
背景技术
随着光通信技术的发展，光模块在通信系统中得到了广泛的使用，热插拔(SFP)光模块由于其在系统使用中无需系统板卡掉电就能更换的方便性，一直占据主导地位。但是，在SFP光模块上电过程中，所产生的浪涌电流却对系统供电系统有较大的损害，严重的甚至导致系统供电系统损坏。
SPF光模块的浪涌电流主要由光模块的两部分电流产生，其中一种是由于雪崩二极管所需的大电压(几十伏特)在光模块上电过程中需要从0V通过升压芯片提高到几十伏所导致，其持续时间通常为毫秒级，慢的可达到秒级。APD电压在上电过程中也会产生很大的浪涌电流，该电流是由于上电初始，光模块的微控制系统还没有完全正常工作，不能正确设置APD电压，这时APD升压电路有可能产生高于APD所需正常电压的输出，从而导致APD进入雪崩区即APD被击穿，最终将使系统供电电路损坏。
发明内容
本发明为了解决浪涌电流损坏SFP模块供电电路的问题，提供一种APD高压电路，该电路包括微控制电路和升压电路，所述微控制电路用于控制升压电路，根据反馈信号控制电压上升，使得升压电路按照要求升高电压，最终达到APD工作电压；升压电路包括升压芯片和倍压电路；所述升压芯片接收微控制电路的控制信号和升压电路的反馈信号，根据微控制电路的控制工作；所述倍压电路对升压芯片的输出电压进行倍压；升压芯片的关断引脚通过电阻下拉接地。由于升压芯片为高电压关断，低电压打开。光模块上电过程中，通过下拉电阻到低电平，模块上电过程中是关断管脚一直处于低电压，待升压设置工作正常后再通过微控制电路输出高电平控制逻辑，将输出打开，这样就解决了输出高电压失控的问题。
根据本发明的实施例，所述升压电路采用DC/DC转换实现；所述升压电路包括开关晶体管VT、二极管VD、储能电感L和输出滤波电容C；所述升压电路通过改变开关晶体管VT输入脉冲的占空比来改变输出电压。
根据本发明的实施例，所述倍压电路包括整流二极管和电容。
本发明还提供了一种APD电压控制方法，其包括如下步骤：电源输入电压；微控制电路加载控制程序，加载完以后就在查找表中查找对应的升压芯片的工作电压，然后设置升压芯片的工作电压，并打开升压芯片开始工作，通过倍压电路后输出APD需要的高压。
本发明还提供了一种更好的APD电压控制方法，其包括如下步骤：第一步，电源输入电压；第二步，微控制电路加载控制程序，加载完以后就在查找表中查找对应的升压芯片的工作电压，并根据加载的信息设置APD电压步进和APD最小控制电压，打开升压芯片开始工作；第三步，从APD最小控制电压开始，微控制电路按照步进逐步增加APD控制电压，如果APD控制电压小于工作电压，就等待一段时间，然后继续增加APD控制电压，直到APD控制电压等于APD工作电压，输入电压通过升压和经过倍压电路后输出APD需要的高压。由于升压芯片输入是逐步增加过程，其输出也是逐步增加，避免了瞬态引起的浪涌电流。
本发明技术方案的的上电保护方式，有效降低光模块上电过程中，浪涌电流对光模块接收端APD和系统供电电路的损坏。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的APD电压控制原理图；
图2是本发明的升压芯片原理图；
图3是本发明的升压芯片工作波形图；
图4是本发明倍压电路原理图；
图5是本发明APD电压控制方法之一；
图6是APD电压控制方法之二。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示的APD电压控制电路，包括微控制电路和升压电路，其中微控制电路用于控制升压电路，根据反馈信号控制电压上升，使得升压电路按照要求升高电压，最终达到APD工作电压。其中升压电路包括升压芯片和倍压电路；所述升压芯片接收微控制电路的控制信号和升压电路的反馈信号，根据微控制电路的控制工作。另外，在升压芯片的关断引脚通过电阻下拉接地。由于升压芯片为高电压关断，低电压打开。光模块上电过程中，通过下拉电阻到低电平，模块上电过程中是关断管脚一直处于低电压，待升压设置工作正常后再通过微控制电路输出高电平控制逻辑，将输出打开，这样就解决了输出高电压失控的问题。
光模块内部采用的升压电路一般都是非常成熟了的能够实现DC/DC转换功能的专用升压芯片，如Linear的LT1930、Maxim的MAX5026等。通过DC/DCConverter能将输入的电源电压(3.3V或5V)转换成20、30几伏的高压输出。作为一个实施例，Converter主要由开关晶体管VT、二极管VD、储能电感L和输出滤波电容C所组成，其电路拓扑结构如图2所示，工作波形如图3所示。
升压过程：VT的工作周期Ts＝ton+toff，VT在ton期间导通，在toff期间截止。
在ton期间，电源Uin的能量存储于L中，VT导通，VD反偏，由C向负载供给能量。在toff期间，VT截止，L中的电流不能突变，产生感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为右正左负，VD导通，L中存储的能量经VD、流入C，并供给负载。
其中，Uo是输出电压，Uim为输入电压，δ＝ton/Ts为占空比，当改变δ时，就能获得所需的上升的电压。
虽然DC/DC Converter能输出20、30几伏的电压，但APD的工作电压高达50、60几伏，这就需要将Converter的输出电压进行倍压，以满足APD的工作需要。倍压电路一般由整流二极管和电容构成，对前面介绍的BoostConverter进行倍压，典型的倍压电路如图4所示。
其倍压过程：
①VT截止时，L放电，D1导通，D2截止，电流经过D1对C1充电，C1两端电压达到VC1(L产生的反向感应电势)。
②VT导通时，L储能，VC1＞Va，D1截止，D2导通。此时，C1的电荷经过D2对C2充电，直至C2两端电压VC2＝VC1。
③VT再次截止时，L放电，L产生的反向感应电势和C2上的电压联合作用VC2+VC1，通过D3对C3充电，此时C3上的电压就近似为2VC1，实现了二倍压。
图5为APD对应的控制流程：电源输入电压(一般3.3-5V)，由于升压芯片关断引脚为低电压，APD电压电压处于关断状态；此时微控制电路加载控制程序，加载完以后就在查找表中查找对应的升压芯片的工作电压，然后设置升压芯片的工作电压(25-30V)，并打开升压芯片开始工作，通过倍压电路后输出APD需要的高压(50-60V)。
虽然本发明的APD电路解决了输出高电压失控的问题。但是，由于输出逻辑打开升压电路输出电压也是一个瞬态变化过程，所以这时APD电压也会从零伏跳变到目标电压，上电过程中APD还是会导致浪涌电流的产生。为此，本发明还提供一种改进的控制方法。
改进的控制方法如图6所示，其核心在于使得输出逻辑打开升压电路输出电压是为一个渐变过程。电源输入电压(一般3.3-5V)，由于升压芯片关断引脚为低电压，APD电压电压处于关断状态；此时微控制电路加载控制程序，加载完以后就在查找表中查找对应的升压芯片的工作电压，并根据加载的信息设置APD电压步进和APD最小控制电压，打开升压芯片开始工作；从APD最小控制电压开始，微控制电路按照步进逐步增加APD控制电压，如果APD控制电压小于工作电压，就等待一段时间，如10us，然后继续增加APD控制电压，直到APD控制电压等于APD工作电压(25-30V)，输入电压通过升压和经过倍压电路后输出APD需要的高压(50-60V)。
由于升压芯片输入是逐步增加过程，其输出也是逐步增加，避免了瞬态引起的浪涌电流。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种APD电压控制电路，包括微控制电路和升压电路，
所述微控制电路用于控制升压电路，根据反馈信号控制电压上升，使得升压电路按照要求升高电压，最终达到APD工作电压；
升压电路包括升压芯片和倍压电路；所述升压芯片接收微控制电路的控制信号和升压电路的反馈信号，根据微控制电路的控制工作；所述倍压电路对升压芯片的输出电压进行倍压；所述升压电路采用DC/DC转换实现，所述升压电路包括开关晶体管VT、二极管VD、储能电感L和输出滤波电容C，所述升压电路通过改变开关晶体管VT输入脉冲的占空比来改变输出电压，所述倍压电路包括整流二极管和电容；
其特征在于，升压芯片的关断引脚通过电阻下拉接地，微控制电路的一输出与升压芯片的关断引脚相连接；
所述微控制电路具体控制步骤为：电源输入电压，由于升压芯片关断引脚为低电压，APD电压处于关断状态；此时微控制电路加载控制程序，加载完以后就在查找表中查找对应的升压芯片的工作电压，并根据加载的信息设置APD电压步进和APD最小控制电压，输出高电平控制逻辑，将输出打开，打开升压芯片开始工作；从APD最小控制电压开始，微控制电路按照步进逐步增加APD控制电压，如果APD控制电压小于工作电压，就等待10us，然后继续增加APD控制电压，直到APD控制电压等于APD工作电压，输入电压通过升压和经过倍压电路后输出APD需要的高压。
2.一种利用如权利要求1所述APD电压控制电路的APD电压控制方法，其包括如下步骤：
第一步，电源输入电压，APD电压处于关断状态；
第二步，微控制电路加载控制程序，加载完以后就在查找表中查找对应的升压芯片的工作电压，并根据加载的信息设置APD电压步进和APD最小控制电压，输出高电平控制逻辑，将输出打开，打开升压芯片开始工作；
第三步，从APD最小控制电压开始，微控制电路按照步进逐步增加APD控制电压，如果APD控制电压小于工作电压，就等待10us，然后继续增加APD控制电压，直到APD控制电压等于APD工作电压，输入电压通过升压和经过倍压电路后输出APD需要的高压。
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