專(zhuān)利名稱(chēng)：快速環(huán)路激光二極管驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般涉及激光二極管驅(qū)動(dòng)器(laser diode driver),本 發(fā)明更具體地涉及一種快速環(huán)路激光二極管驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
具有在光盤(pán)(CD)和/或數(shù)字化視頻光盤(pán)(DVD)上記錄的能力的光 盤(pán)驅(qū)動(dòng)器非常普遍。在盤(pán)上寫(xiě)入是一個(gè)非常精確的操作，同時(shí)有必要用恒 定功率輸出嚴(yán)格控制激光。這導(dǎo)致了一些問(wèn)題，即，激光二極管是效率隨 時(shí)間和溫度而變化的相對(duì)不穩(wěn)定的器件。激光二極管也易于老化，而老化 過(guò)程影響它們的性能。
在DVD和CD可記錄驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，在寫(xiě)入和讀出模式中傳送給介質(zhì)的激 光功率被甚低頻功率監(jiān)測(cè)反饋環(huán)路控制。根據(jù)反饋，適當(dāng)調(diào)節(jié)通過(guò)二極管 的電流。由于激光二極管的效率隨時(shí)間和溫度變化，因此需要反饋回路。 被反饋環(huán)路采樣的事件是具有通常小于10納秒寬度的激光脈沖。反饋環(huán)路 的帶寬相當(dāng)?shù)?，通常小?00kHz。而且，已知為自動(dòng)功率控制(APC)， 此反饋環(huán)路捕獲驅(qū)動(dòng)操作(如，讀出、清除、寫(xiě)入、和退火(anneal))的每一個(gè)電平的大小。根據(jù)電流活動(dòng)驅(qū)動(dòng)操作模式，然后將適當(dāng)?shù)目刂齐妷?br> 反饋給激光二極管驅(qū)動(dòng)器(LDD)。通常對(duì)于驅(qū)動(dòng)操作模式的每一個(gè)電平 來(lái)說(shuō)將需要一個(gè)通道。
圖1示出了包括APC電路102的環(huán)路的現(xiàn)有設(shè)備，該APC電路102通過(guò) 部分偏轉(zhuǎn)鏡用例如光學(xué)反饋104監(jiān)測(cè)激光束的一小部分。APC 102的脈沖圖 案輸出沿拾取磁頭柔性電纜(pickup head flex cable)被發(fā)送到母板，在該 母板上諸如A/D轉(zhuǎn)換器100的采樣保持電路捕捉相應(yīng)的電平。確保在數(shù)字信 號(hào)處理器(DSP) 108處的進(jìn)一步數(shù)字信號(hào)處理，并且多個(gè)控制信號(hào)反饋到 LLD 112。這種構(gòu)造的基本速度局限性在于APC/采樣保持組合的反應(yīng)時(shí)間 和需要沿電線(xiàn)(flex)傳送很快上升時(shí)間的脈沖。
在現(xiàn)有的方法中顯然存在一些問(wèn)題，包括溫度敏感性、非線(xiàn)性和噪音。 所有的功率集中在器件的小區(qū)域內(nèi)。在幾個(gè)通道的情況下，器件將具有生 成溫度梯度并產(chǎn)生熱不穩(wěn)定性的一些熱點(diǎn)(hotspot)。因此，芯片的溫度 取決于當(dāng)前的操作模式。另一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)電壓升高時(shí)，二極管的運(yùn)轉(zhuǎn)較不 像普通二極管，而是更像幵環(huán)電流反射鏡或短路。非線(xiàn)性效應(yīng)導(dǎo)致負(fù)面影 響器件的操作?？梢陨傻娜魏卧胍舯怀艘源蟮囊蜃?。這種大的增益量也 在電流傳遞函數(shù)中產(chǎn)生固有非線(xiàn)性。電流一致性問(wèn)題導(dǎo)致和可以基本上干 涉器件的操作。而且，不可避免地，電線(xiàn)越長(zhǎng)，引入的噪音越多，而且成 本也越高。


以下根據(jù)下面的附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，其中 圖l是現(xiàn)有技術(shù)激光二極管驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的示意圖； 圖2是本發(fā)明的示例性激光二極管驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的示意圖；以及 圖3是將與圖2的系統(tǒng)一起使用的一個(gè)實(shí)施例的示例性驅(qū)動(dòng)器塊的示 意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是一個(gè)實(shí)施例的激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路200的示意圖。激光二極管 202用于提供在諸如CD播放器或DVD播放器中使用的光功率。諸如光電二極
5管的光電探測(cè)器204可以接收來(lái)自于激光二極管202的光學(xué)反饋206。使用 光學(xué)元件(未示出)可以使光學(xué)反饋206偏轉(zhuǎn)，該光學(xué)元件將來(lái)自于激光 二極管202的固定百分比的光功率指向光電探測(cè)器204。
可以從兩個(gè)不同類(lèi)型的元件為激光二極管202提供電流，即閉環(huán)驅(qū) 動(dòng)器部208和快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210。閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208的輸出不基于光電 探測(cè)器204。閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208可以為激光二極管202提供標(biāo)稱(chēng)電流的大部 分。在一個(gè)實(shí)施例中，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208可以為激光二極管202提供標(biāo)稱(chēng)電 流的80%或更多?？焖侪h(huán)路驅(qū)動(dòng)器部201接收來(lái)自于光電探測(cè)器204的反饋。 快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部可以使用此反饋，以調(diào)節(jié)到激光二極管202的電流，以 便反映激光二極管202輸出相對(duì)于電流的變化。因?yàn)殚]環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208將一 部分電流提供給光電二極管202，所以快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部不需要努力工作 而發(fā)送光電二極管202的電流。
使用閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208和快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210可以提供許多優(yōu)點(diǎn)。因 為快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210僅需要提供一部分電流，因此可以保持總噪音是 低的。閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208的輸出可以具有非常低的噪音。閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208 可以非常快，因此提高了整個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路的速度(在一個(gè)實(shí)施例中，上升 時(shí)間在l納秒以下)。
閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208可以包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊，如驅(qū)動(dòng)器塊208a、 208b、 208c和208d。這些驅(qū)動(dòng)器塊可以基本上相同，具有大體上相同的最大輸出 電流。驅(qū)動(dòng)器塊可以合并它們的輸出，以生成閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208的輸出。
激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路可以具有許多通道或輸出模式。這些模式可以 包括讀出、寫(xiě)入l、寫(xiě)入2。另外的模式可以包括清除和退火(anneal)。 每一個(gè)模式均與來(lái)自于激光二極管202的光功率的期望電平相關(guān)聯(lián)。在一 個(gè)實(shí)施例中，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208和快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210都可以為不同的模
式調(diào)節(jié)它們的輸出。
圖2和圖3示出了快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210和閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部208的一個(gè)實(shí)
施例的細(xì)節(jié)，但是其它設(shè)計(jì)也可以用于本發(fā)明的系統(tǒng)中。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例公開(kāi)了 "快速環(huán)路"激光二極管驅(qū)動(dòng)器(LDD)， 該激光二極管驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)采樣脈沖，并使用可以幾乎瞬間控制光功率輸出 的快速反饋環(huán)路。本發(fā)明可以不再需要沿電線(xiàn)傳輸寬帶模擬數(shù)據(jù)。此外，提出了一種使用閉環(huán)電流驅(qū)動(dòng)器的新LDD構(gòu)造，所述閉環(huán)電流驅(qū)動(dòng)器比現(xiàn) 在使用的普通電流反射鏡構(gòu)造具有明顯更低的噪音。
新LDD的構(gòu)造可以包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊，該驅(qū)動(dòng)器塊中的每一個(gè)均可以 具有相同的最大輸出電流能力。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，最大輸出電流大約為 125mA。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊可以被編程以驅(qū)動(dòng)通道中的每一個(gè)，該通道中的 每一個(gè)對(duì)應(yīng)于不同的驅(qū)動(dòng)器操作模式。
可以在監(jiān)測(cè)激光輸出功率的快速反饋環(huán)路內(nèi)使用一個(gè)附加電流驅(qū)動(dòng) 器。此電流驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊的輸出電平，以符合從寫(xiě)入策 略發(fā)生器接收的調(diào)幅脈沖圖案。根據(jù)操作器件時(shí)的時(shí)間和溫度，此驅(qū)動(dòng)器 的全量程輸出能力可以被設(shè)成允許用于期望范圍的激光二極管電流?？焖?環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部可以保持輸出功率恒定在恒定水平。它可以與光電探測(cè)器相 關(guān)聯(lián)，該光電探測(cè)器測(cè)量由激光發(fā)射的一小部分光以便監(jiān)測(cè)功率，并將結(jié) 果反饋給LDD塊。數(shù)字信號(hào)處理控制器(未示出)可以控制D/A轉(zhuǎn)換器，并 且關(guān)于LDD的傳遞函數(shù)，在需要時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)激光二極管驅(qū)動(dòng)器的全量程電 流。
根據(jù)本發(fā)明的一組實(shí)施例，經(jīng)由串行外圍接口 (SPI)端口202可以控 制寫(xiě)入策略發(fā)生器。寫(xiě)入策略發(fā)生器220可以包括控制LDD寫(xiě)入脈沖圖案的 串行移位寄存器。驅(qū)動(dòng)器可以包括數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器陣列，該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn) 換器陣列中的每一個(gè)為驅(qū)動(dòng)器操作模式或通道中的一個(gè)實(shí)時(shí)控制脈沖振 幅。圖2圖示了使用三個(gè)驅(qū)動(dòng)器操作模式和四個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊的示例。通道的 數(shù)量和驅(qū)動(dòng)器塊的數(shù)量可以變化。
本發(fā)明可以保持恒定功率，同時(shí)補(bǔ)償由于溫度變化和二極管的老化性 能而產(chǎn)生的變化。當(dāng)如通常在CD或DVD應(yīng)用中的情況下，激光帶寬非常低， 例如，大約為10khz，監(jiān)測(cè)到的事件可以是十納秒的脈沖。
因?yàn)槊恳粋€(gè)驅(qū)動(dòng)器塊208a、 208b、 208c和208d均可以不管被傳送的總 量而耗散等量的功率，因此芯片范圍內(nèi)的功率耗散可以是均勾的。
光電探測(cè)器可以靠近激光二極管而放置，以便于光學(xué)反饋。光電探測(cè) 器和寫(xiě)入脈沖發(fā)生器可以向快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部208進(jìn)行饋送?？焖侪h(huán)路驅(qū) 動(dòng)器部208可以輸送所需總電流的一小部分(例如大約10%)，而驅(qū)動(dòng)器塊 輸送該電流的大部分(例如90%)。如圖3中所示，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊均可以是閉環(huán)電流源，該閉環(huán)電流源在激光二極管兩端的大范圍電壓上傳輸恒定 電流。
通過(guò)放置測(cè)量電阻器302可以確保由晶體管傳輸可靠電流。測(cè)量電阻 器302可以具有例如大約為5歐姆的電阻?？梢酝ㄟ^(guò)使用編程電流的驅(qū)動(dòng)器 塊而編程測(cè)量電阻器302兩端的壓降。
與器件200相關(guān)聯(lián)的噪音主要來(lái)自于快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210。如果作為 示例，環(huán)路內(nèi)部的電流是總電流的10%，該噪音將類(lèi)似地不多于在其它方 法的情況下存在的噪音的10%。在更低噪音和高線(xiàn)性度的情況下，該電路 可以代表實(shí)際閉環(huán)電流源。快速驅(qū)動(dòng)器部210可以傳輸校正電流以保持光 輸出功率處于恒定值。
因?yàn)榭焖侪h(huán)路驅(qū)動(dòng)器部210僅需要傳輸總電流的一小部分(例如大約 為10%)，所以系統(tǒng)僅需要穩(wěn)定到其最終值的10%以?xún)?nèi)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定到全部 電流的1%以?xún)?nèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器在電流方面非常穩(wěn)定。如果如 上所述，激光二極管的上升時(shí)間為10納秒，快速環(huán)路器件將具有l(wèi)納秒或 更少的上升時(shí)間。在現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法獲得速度和低噪音以及精確度的該組合。
出于解釋和說(shuō)明的目的，己經(jīng)提供了本發(fā)明的上述說(shuō)明。前面的描述
不是窮舉的，也不試圖將本發(fā)明限于所公開(kāi)的具體形式。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)
人員來(lái)說(shuō)，許多改變和修改將是顯而易見(jiàn)的。選擇并說(shuō)明實(shí)施例是為了最
好地解釋本發(fā)明的原理及其部分應(yīng)用，由此使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員理解 對(duì)于各種實(shí)施例和具有各種改變的本發(fā)明，而這些各種改變適于所構(gòu)思的
具體應(yīng)用。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1. 一種激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路，包括激光二極管；光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器適于接收來(lái)自于所述激光二極管的光學(xué)反饋；閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部，所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部為所述激光二極管提供一部分電流，且所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部輸出不基于所述光電探測(cè)器；以及快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部，所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部為所述激光二極管提供第二部分電流，且所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部使用光電二極管的輸出，以確定所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部的輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光二極管驅(qū)動(dòng)器，其中所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部 包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管器件，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊大 致上一樣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光二極管器件，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊合 并它們的電流，以提供所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述驅(qū)動(dòng)器塊中的每一個(gè)均具有 基本上相同的最大輸出電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器具有許多 通道，且為每一個(gè)通道提供到所述激光二極管的不同電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部傳輸不超 過(guò)用于操作激光的總標(biāo)稱(chēng)電流的大約20% 。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述電路的上升時(shí)間不超過(guò)大約 l納秒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中驅(qū)動(dòng)器操作模式包括讀出和寫(xiě)入。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述驅(qū)動(dòng)器操作模式進(jìn)一步包 括第二寫(xiě)入模式、清除模式和退火模式。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路使 用在光盤(pán)(CD)播放器中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其中所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路使用在數(shù)字化視頻光盤(pán)(DVD)播放器中。
13. —種用于連接到激光二極管和光電探測(cè)器的激光二極管驅(qū)動(dòng)器，包括閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部，所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部為所述激光二極管提供一部分電 流，且所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部輸出不基于所述光電探測(cè)器；和快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部，所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部為所述激光二極管提供第 二部分電流，且所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部使用光電二極管的輸出，以確定所 述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部的輸出。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光二極管驅(qū)動(dòng)器，其中所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器 部包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光二極管器件，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊 大致上相同。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光二極管器件，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)器塊 合并它們的電流，以提供所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部輸出。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述驅(qū)動(dòng)器塊中的每一個(gè)均具有基本上相同的最大輸出電流。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述激光二極管驅(qū)動(dòng)器具有許 多通道，且為每一個(gè)通道提供到所述激光二極管的不同電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部傳輸不 超過(guò)用于操作所述激光的總標(biāo)稱(chēng)電流的大約20%。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述電路的上升時(shí)間不超過(guò)大 約1納秒。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中驅(qū)動(dòng)器操作模式包括讀出和寫(xiě)入。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電路，其中所述驅(qū)動(dòng)器操作模式進(jìn)一步包 括第二寫(xiě)入模式、清除模式和退火模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光二極管驅(qū)動(dòng)器器件，該激光二極管驅(qū)動(dòng)器器件包括將電流提供給激光二極管的快速環(huán)路驅(qū)動(dòng)器部和閉環(huán)驅(qū)動(dòng)器部。
文檔編號(hào)H01S3/00GK101427426SQ200780013819
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者理查德·嵐田萊特 申請(qǐng)人:愛(ài)薩有限公司