CN1782726A - 用于监测光电二极管的偏移补偿电路 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于补偿监测光电二极管的偏移电压的电路。在光电二极管测试中测量偏移电压之后，根据测量的电阻增加电流源和偏移电阻器，从而补偿该偏移电压。

Description

用于监测光电二极管的偏移补偿电路

技术领域

本发明涉及电路领域，所述电路用于补偿监测光电二极管的偏移电压。更具体的是，本发明涉及一种电路，所述电路通过根据在光电二极管测试中测量的偏移电压而增加电流源和偏移电阻来补偿偏移电压。

背景技术

自从CDP的出现以来，随着DVDP、CDRW、DVDRW、COMBO以及SUPER COMBO的发展，已大大地促进了光学记录工业的发展。现在，HDTV广播需要高速的光学记录***，所述***用于记录和存储大数据，比如高质量的图像。在这方面，在光学拾取装置的发展中存在激烈的竞争，所述的光学拾取装置包括CDRW、DVDRW和Bluray记录器。

要使用高速激光信号在CD或DVD介质上记录数据，光学记录器必须得到对激光二极管功率的快速而精确的控制的支持，对于所述控制，用于激光功率监测PDIC(以下被称为″MPD″(监测光电二极管))的技术是基本的。尤其是，MPD必须具有小的偏移电压绝对值，以精确地监测激光功率。

参考图1，常规MPD的电路图被示出。在MPD中，光电二极管11将入射激光光学信号转换成电流信号。这些电流信号通过I-V放大器12变换成电压，随后是输出前在GAIN放大器13中电压的放大。当没有输入光学信号时，输出电压的DC电平应该与标准电压的DC电平相同。当不存在输入光学信号时，输出电压表示为V_OFFSET。高的V_OFFSET使得很难精确地测量入射在光电二极管11上的光学信号的量。V_OFFSET由既用于I-V放大器12又用于GAIN放大器13的OPAMP的误差值而产生。所述误差值是由OP-AMP的非理想特性引起的。常规上通过提供补偿电流I_{OFFSET_COMP}给R_OFFSET以控制V_OFFSET来实现消除这样的误差值，如图2所见。

在图2中，得到下面的方程：

V_OUT＝V_X2+V_{IN_OFFSET}        (1)

在GAIN放大器里面检测到的V_{IN_OFFSET}由GAIN放大器不理想的事实而导致。

此外，在图2中建立下面的关系：

V_X2＝V_REF+V_Roff             (2)

在图2的电路中，当V_IN＝0时，在GAIN放大器里面的电流理想地是零。因为GAIN放大器不是理想的，所以在GAIN放大器里面产生输入电流。在输入电流表示为I_{b_diff}的情况下，得到V_Roff＝I_{b_diff}×R_offset。将方程(2)代入方程(1)得到：

V_OUT＝V_REF+V_Roff+V_{IN_OFFSET}      (3)

＝V_X1+(I_{b_diff}×R_offset)+V_{IN_OFFSET}

当偏移补偿电流I_{offset_comp}如在图2中被提供时，V_OUT可以重写为如下：

V_OUT＝V_X1+[(I_{b_diff}+i_{offset_comp})×R_offset]+V_{IN_OFFSET}  (4)

如在理想情况下如果V_OUT＝V_X1，则从方程(4)可以得出下面的关系：

V_{IN_OFFSET}＝-(I_{b_diff}+I_{offset_comp})×R_offset            (5)

在方程(5)被满足的情况下，得到以下：

V_OUT≈V_REF≈V_X1                                         (6)

因此，通过另外安置电流源16用于提供如图2中的电路中的I_{offset_comp}，并通过控制I_{offset_comp}以满足方程(5)来补偿偏移电压。

监测激光二极管的非常微小的功率，MPD电路必须能够精确地测量V_OFFSET值，从而正确地检测光学信号的量。误差容许典型地是在±12mV的范围内，但是在某些近期应用中要求所述误差容许与±3mV一样低。

如图1和2所述，基于偏移补偿电流源的应用的偏移补偿电路可以改善MPD的偏移特性，但仅仅到非常有限的程度。事实上，因为大量生产的放大器具有各种不同的偏移值，所以常规偏移补偿电路遭受具有有限补偿能力的缺点。

在这方面，日本专利公开出版物No.2004-120311提出了一种针对有限补偿能力问题的解决方案，公开了包括两个前置放大器和一个差动放大器的电路不能通过选择性地开关连接到放大器的反馈电阻器来在输出电压中产生输出偏移电压，所述差动放大器用于差动地放大前置放大器的输出电压。

然而，这种和其它已知的偏移补偿电路难以应用到MPD的生产过程。因此，对适用于MPD的生产的偏移补偿电路有确实的需要。

发明内容

因此，本发明是在考虑现有技术中出现的上述问题的情况下做出的，并且本发明的目的是提供一种具有恒定V_OFFSET特性的MPD偏移电压补偿电路，其能够基于EDS测试来校正和改善偏移特性。

本发明的另一目的是提供一种MPD偏移电压补偿电路，借助该电路，可根据各个MPD产品来选择性地校正V_OFFSET值。

本发明的进一步目的是改善根据温度的MPD V_OFFSET漂移特性、根据温度的MPD光学特性并通过改善MPD的V_OFFSET特性来提高MPD生产产量。

根据本发明的一个实施例，提供一种偏移补偿电路，包括：放大元件，用于放大输入信号并输出该信号；电源单元，其包括：被连接到放大元件的输入端的主电流源；至少一个被并联连接到主电流源的附加电流源；以及开关单元，所述开关单元对应地被连接到附加电流源，用于接通或切断附加电流源从而以离散模式提高放大元件的偏移电压；以及反馈阻抗元件，其被连接在放大元件的不同的输入端和输出端之间。

根据本发明的另一个实施例，提供一种偏移补偿电路，包括：放大元件，用于放大输入信号并输出该信号；电阻器，其包括：被连接到放大元件的输入端的主电阻器；至少一个被并联连接到主电流源的附加电阻器；以及开关单元，所述开关单元对应地被连接到附加电阻器，用于接通或切断附加电阻器从而以离散模式降低放大元件的偏移电压；以及反馈阻抗元件，其被连接在放大元件的不同的输入端和输出端之间。

根据本发明的另外的一个实施例，提供一种偏移补偿电路，包括：放大元件，用于放大输入信号并输出该信号；电源单元，其包括：被连接到放大元件的输入端的主电流源；至少一个被并联连接到主电流源的附加电流源；以及开关单元，所述开关单元对应地被连接到附加电流源，用于接通或切断附加电流源从而以离散模式提高放大元件的偏移电压；以及电阻器，其包括：被连接到放大元件的输入端的主电阻器，所述的输入端相同于被连接到主电流源的那个输入端；至少一个被并联连接到主电流源的附加电阻器；以及开关单元，所述开关单元对应地被连接到附加电阻器，用于接通或切断附加电阻器从而以离散模式降低放大元件的偏移电压；以及反馈阻抗元件，其被连接在放大元件的不同的输入端和输出端之间。

根据又一实施例，提供一种偏移电压补偿方法，包括：测量用于接收输入信号和放大该信号的放大元件的偏移电压，所述的放大元件与至少两个电流源并联连接并且通过它的一个输入端与至少两个阻抗元件串联连接，并且通过不同的输入端和输出端与反馈相连；确定测量的偏移电压是否在工作范围内；以及根据测量的偏移电压选择性地去激励电流源和阻抗元件以提高或降低偏移电压。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述的和其它的目的、特征和优点将更加显而易见，在所述的附图中：

图1是示出一种常规MPD电路结构的电路图；

图2是示出一种用于补偿MPD的偏移电压的常规方法的电路图；

图3是示出根据本发明的一个实施例的MPD的偏移电压补偿电路的结构的电路图；

图4是示出根据本发明的一个实施例的一种用于补偿偏移电压的方法的方块图；

图5是示出根据本发明的一个实施例的一种包括被连接到熔丝两端的开关衰减器(switching pad)的偏移电压补偿电路的方块图；

图6图示根据本发明的一个实施例的通过使用激光束的熔丝的断开；

图7是示出根据本发明的一个实施例的一种包括开关元件和外部偏移控制块电路的偏移电压补偿电路的方块图；以及

图8示出根据本发明的一个实施例的一种能够在测量偏移电压时控制偏移电压的偏移电压补偿电路的方块图。

具体实施方式

现在应该参考附图，其中在不同的图中相同的参考数字被用来指代相同的或相似的组件。

参考图3，根据本发明的一个实施例的MPD的偏移电压补偿电路被示出。如在该电路图中所见，主电流源I₀和至少一个附加电流源I₁，I₂和/或I₃并联连接，所述的主电流源I₀与放大元件22的非反相输入端相通。主电阻器R₁被串联连接到至少一个附加电阻器R₂、R₃和/或R₄，所述的主电阻器R₁亦被连接到放大元件22的非反相输入端。作为开关单元的熔丝F3、F4和F5分别并联连接到附加电阻器R2、R3和R4。

反馈电阻Rfg被***在放大元件22的反相输入端和输出端之间，所述的反馈电阻Rfg和电阻器的电阻一起确定放大元件22的放大率。

在被封装前，在晶片(wafer)上包含MPD的芯片通常经历一个电芯片分拣(die sorting)(EDS)测试，在所述的测试中包含MPD的芯片被测试用于正常工作和被修复。通过根据经MPD的EDS测试测量的偏移电压值来选择性地接通或切断附加电流源I₁、I₂和I₃或者与附加电阻器R₂、R3和R₄相连的开关单元，放大元件22的偏移电压可以被控制。开关单元可以从熔丝或诸如FET、CMOS、MOSFET等的开关元件中挑选。如果使用熔丝，它的接通是ON的状态，而它的断开导致OFF的状态。

当熔丝被用作开关单元时，熔丝既被连接到附加电流源I1、I2和I3又被连接到附加电阻器R2、R3和R4。由被连接的熔丝的选择性的断开可以实现V_OFFSET的控制。例如，当熔丝F0、F1和/或F2被断开时，附加电流源I₁、I₂和/或I₃不供应电流。另一方面，当熔丝F3、F4和F5从此处被断开时，电流不流过附加电阻器R₂、R₃和R₄，从而电阻器的总电阻降低。

虽然已知常规制造的MPD的偏移电压是不能被控制。相反，有可能通过在MPD的制造后提供开关单元并选择性地接通或切断它们来控制根据本发明的放大元件的偏移电压。

当去激励对应的附加电流源I₁、I₂和I₃时，熔丝F2、F1和F0的选择性的断开降低偏移补偿电流I_{offset_comp}，并从而也降低偏移电压。相反地，通过附加电阻器R₂、R₃和R₄的选择性的去激励，偏移电压升高，所述附加电阻器R₂、R₃和R₄的选择性的去激励由对应熔丝F5、F4和F3从此处的断开产生。

因此，如果由EDS测试测量的偏移电压高于标准，则通过选择性地从对应的F2、F1和F0断开熔丝F2、F1和F0，可以将该偏移电压减少到允许范围。另一方面，如果由EDS测试测量的偏移电压较低。则通过选择性地从对应的R₂、R₃和R₄处断开熔丝F5、F4和F3，可以将该偏移电压提高到允许范围。

由熔丝F0、F1、F2、F3、F4和F5的每个的断开导致的电压波动依赖于在电路设计中所用的电路设计和元件。当断开每个熔丝时，典型的MPD的偏移电压将提高或降低±3mV到±15mV。

根据本发明的偏移补偿电路构建在微半导体集成电路中。细熔丝的断开可能需要在熔丝上施加大量的电流或辐射高温激光束到那里。就电流而言，大约10mA就足以断开熔丝。高温激光束也是有用的。在瞄准预定的熔丝后，激光束被发出。因此，通过这些方法，电流源或阻抗元件被断开以控制偏移电压。

在图4中，示出补偿偏移电压的一种方法的流程图。

在步骤S1中，对包含MPD和其放大电路的晶片进行EDS测试。当输入电压V_IN是零时，步骤S2对放大元件22进行测量以获得偏移电压V_OFFSET。在步骤S3中，确定测量的V_OFFSET是否偏离允许范围。如果在允许范围外，被连接到电流源或阻抗元件的开关单元被接通或被切断以调节偏移电压到允许范围。当熔丝F0、F1、F2、F3、F4和F5被用作开关单元时，它们被选择性地断开以去激励电流源或阻抗元件，从而以从±3mV到±15mV的增量来调节放大元件22的偏移电压。

例如，如果测量的V_OFFSET超出标准，则熔丝F0、F1和F2被连接到电流源以降低偏移电压。另一方面，如果测量的V_OFFSET低于标准，则熔丝F3、F4和F5被选择性地断开以提高偏移电压。

然后，当偏移电压在允许范围内时，晶片被允许传送到下一处理步骤S5。

图5示出根据本发明的一个实施例的开关方法。如该图所见，熔丝用作开关单元，并且提供连接到每个熔丝的相对端的开关衰减器23，所述开关衰减器用于给熔丝供应大量的电流。MPD必须被设计成在晶片中将开关盘23安装在晶片上，连同其它的包含放大元件22的电路构成组件。

如果通过施加大电流通过开关衰减器23来选择性地断开熔丝，则电流源I₁、I₂和I₃或阻抗元件R1、R2和R3被去激励以提高或降低V_OFFSET。

由于每个熔丝的断开而导致的电压波动依赖于包含放大元件的其它元件的工作电压范围。就典型的MPD而言，无论何时断开每个熔丝，其偏移电压将提高或降低±3mV到±15mV。优选地，熔丝被设计成在10mA断路。

在图6中，根据本发明，激光束被用作断开装置，并且熔丝作为开关单元。如图6所见，通过施加激光束，熔丝F0、F1、F2、F3、F4和F5可以选择性地被断开。

根据该实施例，开关衰减器或用于断开熔丝的其它元件可以不被附加地设计在晶片中。仅通过选择熔丝后在其上辐射激光束即可实现熔丝的断开。

图7示出一种偏移电压补偿电路，所述电路包括：外部偏移控制块电路24，其用于提供附加的ON和OFF信号；和作为开关单元的开关元件S1、S2、S3、S4、S5和S6，其根据信号来接通或切断。

与前例不同，该实施例使用开关元件S1、S2、S3、S4、S5和S6，而不是熔丝。诸如FET、COMOS、MOSFET等的晶体管器件可以被用作开关元件，所述晶体管器件能够根据数字输入信号来开关。

在零输入电压下进行EDS测试以确定放大元件22的偏移电压是否在允许范围内。如果因为测量的偏移电压在允许范围外需要控制，则用于操作开关元件的输入信号外部地通过输入端被传输到偏移控制块24。

在接收用于开关元件的外部ON/OFF信号后，偏移控制块24根据该信号选择性地接通或切断开关元件S1、S2、S3、S4、S5和S6，以去激励电流源I₁、I₂和I₃或阻抗元件R₁、R₂和R₃。因此，偏移电压V_OFFSET被控制。

当开关元件S1、S2和S3的每一个从附加电流源I₁、I₂和I₃处断开时，偏移补偿电流I_{offset_comp}降低，从而降低偏移电压。另一方面，开关元件S4、S5和S6的每个从附加电阻器R₂、R₃和R₄处的断开导致偏移电压的升高。

尽管由于每个开关元件的断开而导致的电压波动依赖于放大元件的工作特性，但是在典型的MPD中偏移电压被设计成提高或降低±3mV到±15mV。

图8示出一种偏移电压补偿电路，其包括偏移控制块25和V_OFFSET传感器26，在测量偏移电压时它们一起控制电流量和偏移电阻，从而动态地补偿V_OFFSET。

与图7的偏移电压补偿电路比较，该电路没有从外部供应附加的信号，而是使用自身内产生的信号。也就是说，电压传感器25感测输出电压，从所述输出电压中，偏移电压被确定以选择性地接通或切断开关元件S1、S2、S3、S4、S5和S6。偏移电压传感器25可以将在EDS测试中测量的偏移电压接收为输入，或者可以直接从处于零输入电压的放大元件来测量偏移电压。

优选地，感测或控制偏移电压是在EDS测试中进行。

根据本发明的偏移补偿电路享有以下优点：

第一，已经制造的MPD的V_OFFSET值可以根据MPD产品选择性地校正。

第二，V_OFFSET特性的改善导致随温度的MPD的V_OFFSET漂移特性的改善。

第三，随温度的MPD的光学效率也通过改善V_OFFSET特性来提高。

第四，MPD的恒定V_OFFSET特性在提高生产产量中是有用的。

第五，关于一指定的产品，其中V_OFFSET特性自动地或通过逻辑电路来校正，所述指定的产品的设计者可以调节V_OFFSET特性，以提高产品的兼容性。

最后，在现场应用的光学拾取装置中的光学信号的强度可以通过补偿V_OFFSET特性来更精确地测量。

尽管本发明的优选实施例为说明性的目的已经被公开，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下可进行各种修改、增加和替换。

Claims (16)

1.一种偏移补偿电路，包括：

放大元件，用于放大输入信号并输出该信号；

电源单元，包括：

主电流源，所述主电流源被连接到放大元件的输入端；

至少一个被并联连接到主电流源的附加电流源；以及

开关单元，其对应地被连接到附加电流源，用于接通或切断附加电流源从而以离散模式提高放大元件的偏移电压；以及

反馈阻抗元件，所述反馈阻抗元件被连接在放大元件的不同的输入端和输出端之间。

2.如权利要求1中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括熔丝和连接到熔丝的两端的开关衰减器，用于通过其供应大量的电流以断开熔丝。

3.如权利要求1中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括：开关元件，根据输入信号接通和切断，以及偏移控制块，用于选择性地接通或切断开关元件从而以离散模式提高放大元件的偏移电压。

4.如权利要求1中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括：

开关元件，其根据输入信号接通和切断；

传感器，用于与偏移控制块同步地感测放大元件的输出电压并提供该输出电压给偏移控制块；以及

偏移控制块，用于根据感测的值接通和切断开关元件。

5.一种偏移补偿电路，包括：

放大元件，用于放大输入信号并输出该信号；

电阻器，其包括：

主电阻器，所述主电阻器被连接到放大元件的输入端；

至少一个被并联连接到主电流源的附加电阻器；以及

开关单元，所述开关单元对应地被连接到附加电阻器，用于接通或切断附加电阻器从而以离散模式降低放大元件的偏移电压；以及

反馈阻抗元件，所述反馈阻抗元件被连接在放大元件的不同的输入端和输出端之间。

6.如权利要求5中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括熔丝和连接到熔丝的两端的开关衰减器，用于通过其供应大量的电流以断开熔丝。

7.如权利要求5中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括：开关元件，所述开关元件根据输入信号接通和切断，以及偏移控制块，所述偏移控制块用于选择性地接通或切断开关元件从而以离散模式提高放大元件的偏移电压。

8.如权利要求5中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括：

开关元件，所述开关元件根据输入信号接通和切断；

传感器，所述传感器用于与偏移控制块同步地感测放大元件的输出电压并提供该输出电压给偏移控制块；以及

偏移控制块，所述偏移控制块用于根据感测的值接通和切断开关元件。

9.一种偏移补偿电路，包括：

放大元件，用于放大输入信号并输出该信号；

电源单元，包括：

主电流源，所述主电流源被连接到放大元件的输入端；

至少一个被并联连接到主电流源的附加电流源；以及

开关单元，所述开关单元相应地被连接到附加电流源，用于接通或切断附加电流源从而以离散模式提高放大元件的偏移电压；以及

电阻器，其包括：

主电阻器，所述主电阻器被连接到放大元件的输入端，所述输入端相同于被连接到主电流源的输入端；

至少一个被并联连接到主电流源的附加电阻器；以及

开关单元，所述开关单元对应地被连接到附加电阻器，用于接通或切断附加电阻器从而以离散模式降低放大元件的偏移电压；以及

反馈阻抗元件，所述反馈阻抗元件被连接在放大元件的不同的输入端和输出端之间。

10.如权利要求9中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括熔丝和连接到熔丝的两端的开关衰减器，用于通过其供应大量的电流以断开熔丝。

11.如权利要求9中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括：开关元件，所述开关元件根据输入信号接通和切断，以及偏移控制块，所述偏移控制块用于选择性地接通或切断开关元件从而以离散模式提高放大元件的偏移电压。

12.如权利要求9中所述的偏移补偿电路，其中开关单元包括：

开关元件，所述开关元件根据输入信号接通和切断；

传感器，所述传感器用于与偏移控制块同步地感测放大元件的输出电压并提供该输出电压给偏移控制块；以及

偏移控制块，所述偏移控制块用于根据感测的值接通和切断开关元件。

13.一种偏移电压补偿方法，包括：

测量用于接收输入信号并放大该信号的放大元件的偏移电压，所述的放大元件与至少两个电流源并联连接并通过其一个输入端与至少两个阻抗元件串联连接，并且通过不同的输入端和输出端与反馈相连；

确定测量的偏移电压是否在工作范围内；以及

根据测量的偏移电压选择性地去激励电流源和阻抗元件以提高或降低偏移电压。

14.如权利要求13中所述的偏移电压补偿方法，其中熔丝与电流源并联连接并并且与阻抗元件串联连接，并且选择性去激励步骤包括在熔丝上选择性地施加高强度的电流以选择性地断开熔丝。

15.如权利要求14中所述的偏移电压补偿方法，其中熔丝与电流源并联连接并与阻抗元件串联连接，并且选择性去激励步骤包括选择性地辐射激光束到熔丝上以选择性地断开熔丝。

16.如权利要求14中所述的偏移电压补偿方法，其中开关元件与电流源和阻抗元件两者连接，并且选择性去激励步骤包括选择性地接通或切断开关元件。

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