DE69208940T2

DE69208940T2 - Schaltung zur Hochspannungserzeugung

Info

Publication number: DE69208940T2
Application number: DE69208940T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Ishimura; Kazuro Takeda
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2012-05-30
Also published as: DE69208940D1; JPH04355666A; JP2624909B2; TW205121B; EP0517116A1; US5313384A; KR100230964B1; KR920022711A; EP0517116B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochspannungserzeugungs-Schaltung, die für eine in einem optischen Übertragungsgerät verwendeten Lichtempfangsschaltung geeignet ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Einige in einem optischen Übertragungsgerät verwendeten Lichtempfangsschaltungen beinhalten Avalanche- oder Lawinenphotodioden (ADP), die als ein Licht empfangendes Element fungieren. Diese Art Lawinenphotodiode erfordert eine Hochspannungserzeugungs-Schaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichstromspannung z.B. von 80 bis 120 V, um die Elektronenmultiplizierungs-Funktion in der Lawinenphotodiode auszulösen.
Da eine bekannte Hochspannungserzeugungs-Schaltung einen Transformator verwendet, war es bisher schwierig, eine Schaltplatine, auf der eine Lichtempfangsschaltung angebracht war, flacher zu bauen.
Zur Lösung eines derartigen Problems ist aus dem US-Patent 4 992 922 die Verwendung einer Hochspannungserzeugungs-Schaltung bekannt, in der eine Cockcroft-Walton-Schaltung statt eines Transformators eingesetzt wird.
Dieses US-Patent beschreibt ein Beispiel für eine Lichtempfangsschaltung mit einer Lawinenphotodiode. Die im oben genannten US-Patent beschriebene Lichtempfangsschaltung verwendet ebenfalls eine Hochspannungserzeugungs- Schaltung mit einer Cockcroft-Walton-Schaltung, die mit derselben Stromversorgung wie die Impulserzeugungsschaltung arbeiten kann.
Es wurde jedoch eine Verringerung der Anzahl an Schaltungskomponenten der oben genannten Hochspannungserzeugungs-Schaltung angestrebt, um eine stärkere Miniaturisierung und Vereinfachung der Lichtempfangsschaltung zu verwirklichen.
In der US-Patentschrift 4 236 199 ist ebenfalls eine Spannungs-Boost- und -Gleichrichterschaltung offenbart. Im Gegensatz zur vorher beschriebenen Spannungserzeugungsschaltung wird die Spannungs-Boost- und -Gleichrichterschaltung von zwei Impulsfolgen mit entgegengesetzt verlaufenden Phasen gesteuert. Daher ist im Vergleich zum Generator aus dem US-Patent 4 992 922 die Spannungsänderung doppelt so groß. Es ist daher möglich, die Anzahl der Kondensatoren und Dioden in einer solchen Spannungs-Boost-Schaltung wie der oben genannten Cockcroft-Walton-Schaltung auf die Hälfte zu reduzieren.
Der Oszillator ist jedoch komplizierter, da zwei Impulsfolgen mit Impulsen, deren Phasen entgegengesetzt verlaufen, erzeugt werden müssen, anstatt nur der einen Impulsfolge gemäß dem US-Patent 4 992 922. Die Beschreibung des US- Patents 4 236 199 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung einer Impulsfolge sowie Puffereinrichtungen. Die Puffereinrichtungen dienen nicht nur zum Puffern, sondem auch zur Erzeugung der beiden Impulsfolgen mit entgegengesetzt verlaufenden Phasen an beiden Ausgängen.
Die Anzahl der elektronischen Komponenten, die für eine Hochspannungserzeugungs-Schaltung gemäß der technischen Lehre aus dem US-Patent 4 236 199 nötig sind, ist daher immer noch hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Hochspannungserzeugungs-Schaltung zu liefern, die aus einer kleinen Anzahl von Schaltungselementen gebildet sein kann.
Eine erfindungsgemäße Hochspannungserzeugungs-Schaltung ist in Anspruch 1 dargestellt. Weitere Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Hochspannungserzeugungs- Schaltung gemäß einem zu bevorzugenden Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; und
Fig. 2 zeigt Impulsformen an den Eingängen der in Fig. 1 gezeigten Cockcroft-Walton-Schaltung.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die Hochspannungserzeugungs-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Fig. 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm der Hochspannungserzeugungs-Schaltung zum Liefern einer Gleichstromspannung an die Lawinenphotodiode (APD) 6.
Die Hochspannungserzeugungs-Schaltung umfaßt eine stromgesteuerten Impuls-Oszillatorschaltung bzw. einen stromgesteuerten Impuls-Generator 3, einen ersten Kondensator 7a, einen zweiten Kondensator 7b, eine Cockcroft-Walton- Schaltung 4 und ein Tiefpaßfilter 5.
Die stromgesteuerte Impuls-Oszillatorschaltung 3 ist aus einer Impuls-Oszillatorschaltung 1 und einer Stromsteuerschaltung 2 gebildet. Die Impuls-Oszillatorschaltung 1 enthält CMOS-Inverter 23 bis 26, einen Kondensator 13 und Widerstände 11 und 12 und gibt eine Impulsfolge A mit einer vordefinierten Oszillationsfrequenz auf die Ausgangsleitung 100, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Die vordefinierte Oszillationsfrequenz ist proportional zur Zeitkonstante, die durch ein Produkt aus dem Widerstand 12 und dem Kondensator 13 bestimmt wird. Die Inverter 23 und 24 fungieren als eine Stromsteuerschaltung.
Die Stromsteuerschaltung 2 besteht aus CMOS-Invertern 21 und 22. Die Stromsteuerschaltung 2 verstärkt auch den Ausgangsimpuls des CMOS-Inverters 25 und gibt eine repetierende Impulsfolge, deren Phasen entgegengesetzt zur repetierenden Impulsfolge aus dem Inverter 25 in der Impuls-Oszillatorschaltung 1 verlaufen, auf die Ausgangsleitung 102. Die Ausgangsimpulse sowohl der Impuls- Oszillatorschaltung 1 als auch der Stromsteuerschaltung 2 weisen eine Amplitude von 3 bis 5 V auf.
Der Kondensator 7a ist zwischen den Ausgang der Impuls-Oszillatorschaltung 1 und den Eingangsknoten A der Cockcroft-Walton-Schaltung 4 geschaltet. Der Kondensator 7b ist zwischen den Ausgang der Stromsteuerschaltung 2 und den Eingangsknoten B der Cockcroft-Walton-Schaltung 4 geschaltet. Die Kondensatoren 7a und 7b weisen eine Kapazität von beispielsweise 0,04 bis 0,05 µF auf.
Die Cockcroft-Walton-Schaltung 4 ist aus einem den Eingangsknoten B erdenden Widerstand 41 und einer Vielzahl von Boost-Stufen, wovon jede aus zwei Dioden und zwei Kondensatoren besteht, gebildet. Die Cockcroft-Walton- Schaltung 4 empfängt die Impulse, die über die Kondensatoren 7a und 7b von der Impuls-Oszillatorschaltung 1 und der Stromsteuerschaltung 2 eingegeben werden. Die in der Cockcroft-Walton-Schaltung 4 verwendeten Kondensatoren weisen eine Kapazität von beispielsweise 0,04 bis 0,05 µF auf.
Das Tiefpaßfilter 5 besteht aus einem Widerstand R und einem Kondensator C und entfernt die Welligkeitskomponenten der hohen Gleichstromspannung aus der Cockcroft-Walton-Schaltung 4.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Hochspannungserzeugungs-Schaltung, wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein Paar der repetierenden Impulse, deren Phasen entgegengesetzt zueinander verlaufen, den Eingangsknoten A und B der Cockcroft-Walton-Schaltung über die Kondensatoren 7a und 7b zugeführt. Daher kann ein Impuls mit einer Amplitude, die doppelt so hoch wie die eines jeden von der stromgesteuerten Impuls-Oszillatorschaltung 3 ausgegebenen Impulses ist, an die Knoten A und B der Cockcroft-Walton-Schaltung 4 angelegt werden.
Wie oben beschrieben kann, da eine größere Impulsspannung als bei einer herkömmlichen Hochspannungserzeugungs-Schaltung an die Cockcroft-Walton- Schaltung angelegt wird, wenn eine hohe Gleichstromspannung mit derselben Amplitude gewünscht wird, die Anzahl der Spannungs-Boost-Stufen in der Cockcroft-Walton-Schaltung beispielsweise auf die Hälfte reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Hochspannungserzeugungs-Schaltung soll nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel beschränkt werden. Es ist offensichtlich, daß weitere Veränderungen vorgenommen werden können, ohne daß dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch den Inhalt der Patentansprüche bestimmt ist (Art. 69 EPÜ), abgewichen wird.

Claims

1. Hochspannungserzeugungs-Schaltung mit einem Impulsgenerator (1),

einer Verstärkerschaltung zur Verstärkung der Impulsfolgen, und

einer Spannungs-Boost- und -Gleichrichterschaltung (4),

wobei

der Impulsgenerator (1) eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Invertern (24, 25, 26) aufweist und eine erste Impulsfolge (C') und eine zweite Impulsfolge (C") mit entgegengesetzt verlaufenden Phasen erzeugt,

die Verstärkerschaltung eine erste Stromsteuerschaltung (23, 24) zum Verstärken der ersten Impulsfolge (C') und eine zweite Stromsteuerschaltung (21, 22) zum Verstärken der zweiten Impulsfolge (C") aufweist, und

die Hochspannungserzeugungs-Schaltung des weiteren einen ersten Kondensator (7a) mit einem ersten und zweiten Anschluß aufweist, wobei der erste Anschluß mit der ersten Stromsteuerschaltung (23, 24) verbunden ist, sowie einen zweiten Kondensator (7b) mit einem ersten und zweiten Anschluß aufweist, wobei der erste Anschluß mit der zweiten Stromsteuerschaltung (21, 22) verbunden ist,

wobei sowohl die erste als auch die zweite Stromsteuerschaltung ein Inverterpaar (23, 24; 21, 22) aufweist und

einer (24) der Inverter in einer der Stromsteuerschaltungen (23, 24) gleichzeitig einer der Inverter (24, 25, 26) des Impulsgenerators (1) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Spannungs-Boost- und -Gleichrichterschaltung (4) eine Cockcroft-Walton-Schaltung umfaßt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromsteuerschaltungen (23, 24; 21, 22) eine Vielzahl von parallel geschalteten C-MOS-Invertern aufweisen.

4. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Impulsgenerator (1) die erste Stromsteuerschaltung (23, 24) umfaßt.

5. Schaltung nach Anspruch 4, wobei der Impulsgenerator (1) und die zweite Stromsteuerschaltung (21, 22) einen Stromsteuerimpuls-Generator (3) bilden.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaltung des weiteren ein Tiefpaßfilter (5) umfaßt, das mit der Spannungs-Boost- und -Gleichrichterschaltung (4) verbunden ist zur Verringerung von Welligkeitskomponenten in der hohen Gleichstromspannung der Spannungs-Boost- und -Gleichrichterschaltung (4).

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Tiefpaßfilter-Schaltung (5) mit einer Lawinenphotodiode (6) verbunden ist.