專利名稱：振蕩器和用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生高頻信號的振蕩器，并涉及一種高頻疊加模塊，該高頻疊加模塊包括這種用于驅(qū)動激光二極管的振蕩器。
背景技術(shù)：
激光二極管驅(qū)動電路是高頻振蕩電路的各種應(yīng)用中的一種。在傳統(tǒng)的激光二極管驅(qū)動電路中，以多路方式驅(qū)動激光二極管，在該多路方式中，將高頻電流疊加在驅(qū)動直流(DC)電流上，從而防止由激光二極管溫度的升高而導(dǎo)致的跳模噪聲的產(chǎn)生。為了將高頻電流疊加到DC電流上，例如日本未審專利申請公開No.7-93758中所公開的那樣，使用產(chǎn)生高頻信號的振蕩電路。
圖8是日本未審專利申請公開No.7-93758中所公開的激光二極管驅(qū)動電路的電路圖。在這個電路中，通過輸入端LDA將DC電流提供給激光二極管LD，并通過電源輸入端VCC向振蕩電路2供電。電阻器R1、R2和R3將預(yù)定的DC偏壓施加給晶體管Q1。該振蕩電路2是科爾皮茲振蕩器(Colpitts oscillator)，其振蕩頻率由電容器C3、C4和C5以及電感器L1和L3的值確定。該振蕩電路2的振蕩輸出通過由電容器C6和C7構(gòu)成的匹配電路傳遞給激光二極管LD。圖8還示出了振蕩控制端RMS和接地端GND。當(dāng)振蕩控制端RMS的電位等于電源輸入端VCC的電位時，將預(yù)定偏壓施加在晶體管Q1的基極上以開始振蕩。當(dāng)振蕩控制端RMS開路時，晶體管Q1基極的電位基本為0，從而停止振蕩。
如上所述的激光二極管驅(qū)動電路需要接通/斷開振蕩電路。例如，當(dāng)從DVD上讀取數(shù)據(jù)時，接通振蕩電路以疊加用于激光二極管的高頻信號，或者當(dāng)將數(shù)據(jù)寫到DVD上時，斷開振蕩電路以停止疊加高頻信號。遺憾的是，圖8所示的傳統(tǒng)激光二極管驅(qū)動電路要花很長的時間來使振蕩電路2開始振蕩。這種過程如下所述。如圖8所示，當(dāng)振蕩控制端RMS開路(即，未將電壓施加到振蕩控制端RMS上)時，振蕩電路2使晶體管Q1的基極線通過電阻器R2連接到地電平。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)將振蕩控制端RMS轉(zhuǎn)換成使其電位等于電源輸入端VCC(電源電壓)的電位以開始振蕩時，振蕩電路2需要將晶體管Q1基極線上的電位從地電平提高到所需的電平。換句話說，需要花費時間對電容器C3、C4和C5進行充電直到將晶體管Q1基極的電位提高到所需的電平。
對于用于激光二極管并需要在短時間內(nèi)啟動/停止(activate/deactivate)振蕩的系統(tǒng)來說，振蕩電路較慢的響應(yīng)不利地影響了整個系統(tǒng)的響應(yīng)。簡單地說，振蕩電路較慢的啟動導(dǎo)致了不希望有的情況，在這種情況下，從DVD的讀取以及對DVD的寫入都需要很長的時間。
已經(jīng)描述了振蕩電路2可應(yīng)用于激光二極管驅(qū)動電路。但是，在需要振蕩的啟動/停止的快速響應(yīng)的應(yīng)用中會發(fā)生同樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種具有快速響應(yīng)的振蕩器，即，提供了一種振蕩器，該振蕩器僅需要很短的過渡時間從振蕩狀態(tài)轉(zhuǎn)換到非振蕩狀態(tài)或反之亦然。
此外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，該高頻疊加模塊包括上述快速響應(yīng)振蕩器，因此減少了激光二極管的高頻疊加的接通與關(guān)斷之間的轉(zhuǎn)換時間。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，一種振蕩器包括振蕩啟動元件、連接在振蕩啟動元件的反饋信號輸入端和地之間的電容器、連接在反饋信號輸入端和電源輸入端之間的第一偏壓電阻器和連接在反饋信號輸入端和控制電壓輸入端之間的第二偏壓電阻器。在該振蕩器中，第一偏壓電阻器和第二偏壓電阻器具有這樣的值，使得當(dāng)控制電壓輸入端接地時，反饋信號輸入端的偏壓高于地電位而低于針對振蕩啟動元件的連續(xù)振蕩的閾值，并且當(dāng)控制電壓輸入端開路時，反饋信號輸入端的偏壓高于該閾值。
該方案使得當(dāng)控制電壓輸入端開路時，反饋信號輸入端(晶體管的基極)的偏壓快速地超過預(yù)定閾值，從而減少從非振蕩狀態(tài)到振蕩狀態(tài)的過渡時間。同樣地，當(dāng)控制電壓輸入端接地時，反饋信號輸入端(晶體管的基極)的偏壓快速地下降到低于閾值，從而減少從振蕩狀態(tài)到非振蕩狀態(tài)的過渡時間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，一種用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，包括上述用于疊加針對激光二極管的高頻電流的振蕩器、連接到激光二極管陽極的驅(qū)動信號輸出端、和連接在驅(qū)動信號輸出端和振蕩器的輸出部分之間的阻抗匹配電路。因此，針對激光二極管的高頻信號的疊加可以在很短的時間內(nèi)進行開關(guān)轉(zhuǎn)換，從而提高了使用激光二極管的整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
通過以下參考附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述，將使本發(fā)明的其它特征、元件、特點和優(yōu)點變得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊的電路圖；圖2包括兩條曲線，每一條都示出了當(dāng)相同電路中的開關(guān)接通/斷開時，高頻疊加模塊的振蕩電路中的晶體管基極上的電位是如何變化的；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊的電路圖；圖6是高頻疊加模塊的截面圖；圖7A到7N是圖6中所示的陶瓷多層襯底中各層的平面圖；以及圖8是傳統(tǒng)激光二極管驅(qū)動電路的電路圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管LD的高頻疊加模塊1的電路圖。圖1中，將包括電容器C8和電感器L2的噪聲抑制濾波器電路4設(shè)置在電源端LDA和激光二極管LD之間。激光二極管LD具有陽極端Tda和連接到接地端GND上的陰極端Tdc。高頻疊加模塊1具有用于輸出驅(qū)動信號的接線端To和接地端Tg。為了操作高頻疊加模塊1，將接線端To和Tg分別與接線端Tda和Tdc相連。如果沒有連接高頻疊加模塊1，則僅通過由電源端LDA提供的DC電流來驅(qū)動激光二極管LD。
高頻疊加模塊1還具有電源輸入端VCC和接地端GND。振蕩電路2包括連接在晶體管Q1的基極和集電極之間的電阻器R12，和連接在晶體管Q1的發(fā)射極和地之間的電阻器R3。電阻器R12和R3一起構(gòu)成了晶體管Q1的DC偏壓電路部分。在晶體管Q1的基極和地之間連接有包括電容器C3和電感器L1的串聯(lián)電路部分以及電容器C4和C5的串聯(lián)電路部分。電容器C4和C5之間的節(jié)點連接到晶體管Q1的發(fā)射極上，以將電容器C4兩端的電壓施加到晶體管Q1的基極和發(fā)射極之間。如上所述構(gòu)成了科爾皮茲(Colpitts)振蕩電路。
電容器C6串聯(lián)連接在晶體管Q1的發(fā)射極和驅(qū)動信號輸出端To之間，而電容器C7并聯(lián)連接在驅(qū)動信號輸出端To和地之間。電容器C6和C7構(gòu)成了高頻疊加模塊1和激光二極管LD之間的阻抗匹配電路3?？茽柶て?Colpitts)振蕩電路的振蕩頻率取決于電容器C3、C4、C5、C6和C7以及電感器L1的值。
在設(shè)置在晶體管Q1的發(fā)射極和地之間的電阻器R3上，即，從晶體管Q1的發(fā)射極上引出振蕩信號。以這種方式，將振蕩信號發(fā)送到激光二極管LD。
經(jīng)過控制電壓輸入端Tc的電壓輸入對振蕩進行控制。將開關(guān)SW設(shè)置在控制電壓輸入端Tc和接地端GND之間，從而可以通過觸發(fā)開關(guān)SW來接通/斷開振蕩。當(dāng)開關(guān)SW開路時，晶體管Q1基極的電位取決于電阻器R12和R3之間的標度比以及施加到電源輸入端VCC上的電源電壓。當(dāng)斷開開關(guān)SW(即，控制電壓輸入端Tc開路)時，根據(jù)下面的表達式來確定晶體管Q1基極的電位Vb1
Vb1＝Vcc·R3/(R3+R12)其中，Vcc是電源電壓。當(dāng)接通開關(guān)SW(即，控制電壓輸入端Tc的電位等于地電平)時，就根據(jù)下面的表達式來確定晶體管Q1基極的電位Vb2Vb2=Vcc·{R3·R11/(R3+R11)}/{R12+R3·R11/(R3+R11)}其中，Vcc是電源電壓。注意，在上面的表達式中，未將從晶體管Q1的基極到發(fā)射極的電壓降計算進去。在振蕩電路2中，晶體管Q1基極的電位必須改變，以滿足關(guān)系式Vb2＜Vth＜Vb1，其中，Vth是在啟動振蕩電路2(接通)時和停止振蕩電路2(關(guān)斷)時之間的閾值。換句話說，需要確定偏壓電阻器R11、R12和R3的值，從而在晶體管Q1基極的電位為Vb1時使振蕩電路2保持接通(啟動)，或者在晶體管Q1基極的電位降到Vb2時使振蕩電路2斷開(停止)。如果將電阻器R3的值固定為一特定值，則可確定電阻器R11和R12的值，以滿足上述要求。
圖2包括兩條曲線，每一條都示出了晶體管基極電位的變化。曲線A示出了根據(jù)圖1中的開關(guān)SW的開關(guān)狀態(tài)而得到的晶體管Q1基極電位的變化。如圖所示，當(dāng)啟動振蕩電路2(振蕩開始)時，在t0時刻斷開開關(guān)SW時，電位以預(yù)定時間常數(shù)從Vb2呈指數(shù)上升，并在t0a時刻超過閾值Vth。隨后，當(dāng)在t1時刻接通開關(guān)SW時，圖1中的電容器C3和C4經(jīng)過電阻器R11和開關(guān)SW對地放電，電容器C5經(jīng)過電阻器R3放電，從而降低了晶體管Q1基極的電位。當(dāng)電位下降到低于閾值Vth時，在t1a時刻停止振蕩電路2(振蕩停止)。
圖2中的曲線B示出了圖8中傳統(tǒng)振蕩電路中的晶體管Q1基極電位的變化。圖1中開關(guān)SW的斷開狀態(tài)對應(yīng)于圖8中將電位施加給控制端RMS的狀態(tài)，而圖1中開關(guān)SW的接通狀態(tài)對應(yīng)于圖8中控制端RMS開路的狀態(tài)。如曲線B所示，在將電壓施加給控制端RMS時，晶體管Q1基極的電位從0V開始增加，然后在晚于t0a時刻的t0b時刻超過閾值Vth。圖8中，包括與晶體管Q1相連的電容器在內(nèi)的放電電路部分具有較大的放電時間常數(shù)，因此，當(dāng)在t1時刻使控制端RMS開路時，晶體管Q1基極的電位逐漸減小，從而在晚于t1a時刻的t 1b時刻下降到閾值Vth以下。
如上所述并如圖2中的曲線所示，圖1中的振蕩電路2可以響應(yīng)于開關(guān)SW的轉(zhuǎn)換而被快速地啟動/停止。
在圖1的振蕩電路2中，可以將偏壓電阻器Ra設(shè)置在晶體管Q1的基極和地之間。在這種情況下，就需要確定電阻器R11、R12、R3和Ra的值以滿足Vb2＜Vth＜Vb1的關(guān)系。如果將電阻器R3和Ra固定為一特定值，則需要根據(jù)要求確定電阻器R11和R12的值。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管LD的高頻疊加模塊1的電路圖。在第二優(yōu)選實施例中，將包括有電阻器R3和電感器L6的串聯(lián)電路部分設(shè)置在晶體管Q1的發(fā)射極和地之間。該電感器L6增加了針對高頻信號的阻抗以提高振蕩輸出。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管LD的高頻疊加模塊1的電路圖。在第三優(yōu)選實施例中，將包括有并聯(lián)電路部分(電感器L6和電容器C12)和電阻器R3的串聯(lián)電路部分設(shè)置在晶體管Q1的發(fā)射極和地之間。該結(jié)構(gòu)利用電感器L6和電容器C12增加了并聯(lián)諧振頻率。通過使該并聯(lián)諧振頻率與振蕩頻率相匹配，可以增加振蕩輸出。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的用于驅(qū)動激光二極管LD的高頻疊加模塊1的電路圖。在第四優(yōu)選實施例中，將電阻器R13設(shè)置在晶體管Q1的基極和地之間。該結(jié)構(gòu)相對于電源電壓波動減小了晶體管Q1基極偏壓的波動，從而穩(wěn)定了振蕩輸出。
圖6和7A到7N示出了圖1中所示的用于驅(qū)動激光二極管LD的高頻疊加模塊1的結(jié)構(gòu)。圖6是圖1中的高頻疊加模塊1的截面圖。如圖所示，高頻疊加模塊1包括陶瓷多層襯底10，該陶瓷多層襯底10包括具有各種導(dǎo)電圖案11的多個疊壓陶瓷層。陶瓷多層襯底10除了導(dǎo)電圖案11以外還在其內(nèi)具有通孔12。高頻疊加模塊1還包括位于其底部的接線端電極13。陶瓷多層襯底10具有位于其上表面的表面安裝元件14。用覆蓋住陶瓷多層襯底10的側(cè)面和上表面的金屬外殼15屏蔽振蕩電路2(圖1中所示)。
圖7A到7N是圖6中所示的陶瓷多層襯底10的各層的平面圖。圖7A到7M是從下面看到的各層。圖7A示出了最下面的層，圖7M示出了最上面的層。圖7M中的層示出了在安裝表面上針對芯片元件的圖案。圖7N是設(shè)置有芯片元件的安裝表面的俯視圖。
圖7A示出了接地端G。地電極GND占用了圖7B中的層整個表面的大部分面積。將限定了電感器L1的線路設(shè)置在圖7C和7D中的層上。將限定了電容器C6、C4和C5的電極和地電極設(shè)置在圖7F到7K中的層上。如圖7N所示，將諸如電容器C3和C7、電阻器R3、R11和R12、以及晶體管Q1等芯片元件安裝在陶瓷多層襯底10的上表面上。圖7A到7N中的附圖標記對應(yīng)于圖1中電路元件的各個附圖標記。圖7A到7N中，兩個電容標記的不同僅在于下標a或b，如C6a和C6b，分別表示相同電容器的一個電極和另一個電極。
如上所述，優(yōu)選地，將電容器和電感器設(shè)置在陶瓷多層襯底內(nèi)，而包括晶體管在內(nèi)的其它元件都安裝在陶瓷多層襯底的頂部，從而有助于用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊的緊湊設(shè)計。
本發(fā)明并不局限于上述的每個優(yōu)選實施例，在權(quán)利要求所述的范圍內(nèi)各種修改都是可能的。通過將每個不同優(yōu)選實施例中所公開的技術(shù)特征進行適當(dāng)?shù)亟M合而得到的實施例也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種振蕩器，包括振蕩啟動元件；連接在振蕩啟動元件的反饋信號輸入端和地之間的電容器；連接在反饋信號輸入端和電源輸入端之間的第一偏壓電阻器；和連接在反饋信號輸入端和控制電壓輸入端之間的第二偏壓電阻器；其中第一偏壓電阻器和第二偏壓電阻器具有這樣的值，使得當(dāng)控制電壓輸入端接地時，反饋信號輸入端的偏壓高于地電位而低于針對振蕩啟動元件的持續(xù)振蕩的閾值，并且當(dāng)控制電壓輸入端開路時，反饋信號輸入端的偏壓高于該閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于所述振蕩器是科爾皮茲(Colpitts)振蕩器。
3.一種用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于疊加針對激光二極管的高頻電流的振蕩器；連接到激光二極管的陽極的驅(qū)動信號輸出端；和連接在驅(qū)動信號輸出端和振蕩器輸出部分之間的阻抗匹配電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于，振蕩電路部分包括設(shè)置在陶瓷多層襯底內(nèi)的導(dǎo)電圖案，和構(gòu)成振蕩電路至少一部分的元件，并將阻抗匹配電路安裝在陶瓷多層襯底上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于還包括設(shè)置在電源輸入端和激光二極管之間的噪聲抑制濾波器電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述噪聲抑制濾波器包括電容器和電感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于設(shè)置包括串聯(lián)電容器和并聯(lián)電容器的阻抗匹配電路，以便在振蕩電路和激光二極管之間進行阻抗匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述振蕩電路包括晶體管、連接在晶體管的基極和集電極之間的第一電阻器和連接在晶體管的發(fā)射極和地之間的第二電阻器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于包括電容器和電感器的第一串聯(lián)電路和包括至少兩個電容器的第二串聯(lián)電路連接在晶體管的基極和地之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述振蕩電路是科爾皮茲(Colpitts)振蕩電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述串聯(lián)電容器串聯(lián)連接在晶體管的發(fā)射極和驅(qū)動信號輸出端之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述并聯(lián)電容器并聯(lián)連接在驅(qū)動信號輸出端和地之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于將包括電阻器和電感器的串聯(lián)電路設(shè)置在晶體管的發(fā)射極和地之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于將包括并聯(lián)電路和電阻器的串聯(lián)電路設(shè)置在晶體管的發(fā)射極和地之間，其中上述并聯(lián)電路具有電感器和電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于將電阻器設(shè)置在晶體管的基極和地之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述陶瓷多層襯底包括多個在其上設(shè)置有導(dǎo)電圖案的疊壓陶瓷層。
17.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于所述陶瓷多層襯底包括多個形成在其中的通孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于驅(qū)動激光二極管的高頻疊加模塊，其特征在于還包括設(shè)置成覆蓋了所述陶瓷多層襯底的側(cè)邊的金屬外殼。
全文摘要
一種振蕩器，包括晶體管、連接在晶體管的基極和電源輸入端之間的第一偏壓電阻器和連接在晶體管的基極和控制電壓輸入端之間的第二偏壓電阻器。當(dāng)控制電壓輸入端接地時，晶體管基極的偏壓低于預(yù)定的閾值，從而使振蕩器停止振蕩。當(dāng)控制電壓輸入端開路時，晶體管基極的偏壓高于閾值，從而使振蕩器開始振蕩。
文檔編號H03B5/18GK1523762SQ20041000194
公開日2004年8月25日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月18日
發(fā)明者佐藤芳郎, 飯?zhí)锖秃? 田村誠道, 浩, 道 申請人:株式會社村田制作所