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關鍵詞:半導體激光電源;MAX1968;TEC;TTL;溫度控制
中圖分類號:TN789文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)09-0021-02
一、半導體激光電源的發展及技術要求
目前,半導體激光器在通信技術、生物醫學工程、軍工技術等領域的應用越來越廣泛。因此半導體激光電源的可靠性、穩定性也就顯得格外重要。由于激光器的發射譜線、倍頻晶體的相位匹配等對溫度十分敏感,因此溫度的變化嚴重影響著整個器件的性能,因此,溫度控制電路對整個激光器件的品質是非常關鍵的。小功率的激光器可以采用簡單的被動散熱;高功率的激光器一般需要水冷,通過調節循環管道內水流量來達到控溫的目的,這種方法精度不高,而且受到應用環境的限制,使激光器的應用范圍變窄。若要激光器的控溫具有高穩定度,則需要用半導體制冷器(Thermal Electronic Cooler,TEC)作為溫控系統的控溫執行器件,通過調節流經 TEC 的電流方向和大小,可以實現制冷或者加熱,實現較高的控溫效率,同時達到理想的控溫精度。
二、半導體激光電源的系統設計
如圖1的系統框圖,整個系統分為三個部分,分別為激光電源(LASOR DIODE,簡稱LD)恒流輸出部分,TTL電平控制部分以及半導體制冷器(Thermal Electronic Cooler, TEC)溫度監測與控制部分。
在激光電源恒流輸出部分中,首先用一個模塊電源將市電的220V交流電轉換為5V/4A的直流輸出;然后通過一系列濾波調壓將收到的直流電量整合到攜帶有少量微小噪聲干擾的直流量,最后通過一個恒流電路將輸出電流穩定到3A,輸送給激光器。
在TTL電平控制部分中,主要是通過TTL電平控制恒流電路中輸出MOS管的導通與關閉以達到調制激光的功能。
在TEC溫度監測與控制部分中,激光器表面的溫度信號首先通過一個溫度-電壓傳感器轉變為可采集的標準電壓信號,并傳送給比例電路。電壓信號通過比例電路的放大與濾波后,傳送給TEC驅動電路和比較電路。TEC的驅動電路將接收到的信號與基準值相比較,以驅動TEC不工作、制熱或者制冷。比較電路將接收來的信號與基準值進行比較與分析,當溫度超過預設的溫度上下限值時,發送出一個警報信號迫使整個電源停止工作。
三、半導體激光電源的硬件連接
硬件連接主要分為兩個部分,第一部分是半導體激光器部分,為激光器提供穩定的輸出,同時利用TTL信號和警報信號控制電源的工作狀態;第二部分是TEC驅動及警報信號產生電路,通過MAX1968控制TEC制冷或制熱。
(一)半導體激光器(LASOR DIODE)
電源所提供的某一個電參量必須是穩定的,并且所攜帶的噪聲信號越小越好。因此,系統中采用了一系列的濾波調壓電路,濾除電流中所帶的微小噪聲,以達到穩定的小功率輸出。如圖2,在濾波電路中設置了兩個滑動變阻器,用來調節輸入到運算放大器AD820的電壓信號值。其中用作粗調,用作微調,分別引出兩根導線,安裝手動旋鈕式變阻器,調節輸出恒定電流值的大小。在AD820的電路中,采用電流反饋,以達到恒流輸出。
在TTL與警報信號控制電路中,信號通過4N25輸入到VMOS管T092C的基極,以控制其導通或截止。光電耦合器4N25主要用來隔離前后級電路的相互影響,同時控制Q2(T092C)的導通與截止,以調節恒流輸出的導通與截止。電路工作過程:當激光器工作在指定溫度范圍內時,警報信號為低電平,此時,若TTL信號為高電平時,U104A(DM74LS00M)的輸出為低電平,則U102A(CD4001BCM)的輸出為高電平,而U104B(DM74LS00M)的輸出為低電平,這導致光電耦合器4N25截止,則Q2(T092C)基極為低電平,Q2截止,則AD820輸出的電壓值不變,使MOS管Q1(BU932RP)導通,從而輸出恒定的電流值;而若TTL信號為低電平,則U104A(DM74LS00M)輸出為高電平,U102A(CD4001BCM)輸出為低電平,U104B(DM74LS00M)為高電平,則光電耦合器4N25導通,輸出電壓導致Q2基極為高電平,Q2導通,從而使AD820的輸出端降為低電平,導致MOS管Q1(BU932RP)截止,則LD部分無輸出。而當警報信號為高電平時,無論TTL信號為高電平或者低電平,都會導致U102A的輸出端為高電平,從而使LD部分無輸出。
(二)TEC驅動及報警信號產生電路
熱電致冷器(TEC)是利用帕耳貼效應進行制冷或加熱的半導體器件。在TEC兩端加上直流工作電壓會使TEC的一端發熱,另一端致冷;把TEC兩端的電壓反向則會導致相反的熱流向。本系統使用MAX1968為TEC的驅動芯片,它采用直接電流控制,消除了TEC中的浪涌電流。MAX1968單電源工作,在芯片內部的兩個同步降壓穩壓器輸出引腳之VOUT1與VOUT2之間連接TEC,能夠提供±3A雙極性輸出。雙極性工作能夠實現無“死區”溫度控制,以及避免了輕載電流時的非線性問題。該方案通過少許加熱或制冷可避免控制系統在調整點非常接近環境工作點時的振蕩。此系統中設置的基準值是3v(對應的溫度值為25℃),當傳感器感知的溫度大于25℃時,經反向放大器放大后傳輸給MAX1968的電壓值將小于3v,MAX1968將輸出+3v的電壓,驅動TEC制冷;當傳感器感知的溫度小于25℃時,經反向放大器放大后傳輸給MAX1968的電壓值將大于3V,MAX1968將輸出-3v的電壓,驅動TEC制熱。
傳感器將感知的溫度信號轉換為電壓信號,經過反向放大器傳輸給U2A的3管腳和U2B的2管腳,U2A和U2B是兩個比較器(LM393)。在比較電路中,設置了兩個極限電壓值和一個基準值,上限是4.5(對應的傳感器溫度為0℃),下限值是1.5v(對應傳感器溫度為50℃),當時,U2B輸出一個正向電壓,二極管D2導通,警報信號為高電平,同時三極管Q3導通,蜂鳴器報警;當時,U2A輸出一個正向電壓,二極管D1導通,警報信號為高電平,同時三極管Q3導通,蜂鳴器報警;而時,U2A和U2B都輸出反向的電壓,二極管D1和D2同時截止,警報信號為低電平,三極管Q3截止,蜂鳴器不工作。
四、實驗數據
(一)LD部分電路測試數據
將電源輸出接到半導體激光器上,正常工作時測試結果見表1:
其中R104是阻值為0.1的瓷片電阻,恒定的電流值為其兩端的電壓值的數值的十倍。測試結果基本接近所設值,測試完成。
(二)警報信號電路部分調試數據
激光電源的設計要求是傳感器模擬信號以25℃(對應電壓為3V)為基準工作溫度,標準輸出2V/3A。當傳感器輸出電壓信號高于3V時則說明激光器溫度較低,需要制熱,低于0℃溫度時,LD部分停止工作,蜂鳴器報警;低于3V時則說明激光器溫度過高,需要制冷,高于50℃溫度時,LD部分停止工作,蜂鳴器報警。測試結果見表2:
從測試數據來看,該激光電源的參數,性能,指標完全滿足設計需要。
五、結語
本文采用了MAX1968驅動芯片,大大減少了電路分立元件的數量,改進了系統噪聲性能,增加了系統的可靠性, 有效地對激光器的工作溫度進行監測與控制,電路的控制性能令人滿意。電源設備可靠性的高低,不僅與電氣設計,而且同元器件、結構、裝配、工藝、加工質量等方面有關。可靠性是以設計為基礎,在實際工程應用上,還應通過各種試驗取得反饋數據來完善設計,進一步提高電源的可靠性。
參考文獻
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[2]陸國志.實用電源技術手冊――開關電源分冊[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,2008.
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熒光屏把我的眼眶染綠了
模模糊糊尋找你呢喃的話語
瞳里穿插過虛烏的合風
窗框曳曳欲隨風離去
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找到光陰的原點
卻不是我們起始的畫線
有時思想游弋
說,為什么它不像雙曲線——
可以完全背馳
不顧曾經的一千零一念
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沉默時落念嚙咬心情
將曾經各自的步調思?
過往都變成了絮狀沉淀
那么模糊卻又異常明顯
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我默念
屬我的溫柔汀語和笑臉
就像你說
不在乎下一秒屬誰時間
1 光發射機
(1)類型與特點
光發射機為處于光鏈路發射端完成電一光(E/O)轉換的光端機設備,由光源(半導體激光器)、驅動器及調制器等組成。主要功能是用預調制(電調制)后得到的射頻信號進一步對光源發出的光信號進行強度調制,并將強度受射頻信號控制的激光射入光纖,傳送給各光節點的光接收機。目前常用的光發射機一般有1310nm直調型和1550nm外調型兩種類型。
光發射機的直調和外調原理見圖1、圖2。直調即用射頻信號與激光器偏置電流疊加后得到的信號電流直接去驅動激光器,用驅動電流的強度去控制光功率輸出;外調則是在外調制器上施加信號電壓后,再與激光器輸出的恒定功率光相耦合,其輸出的光功率將隨著施加于外調制器上的電壓而變化。
直調型光發射機調制損耗小,但調制產生的“啁啾效應”會嚴重劣化CSO指標;外調型光發射機較直調型損耗較大,但因無“啁啾效應”,CSO指標明顯優于直調型。
(2)輸入射頻激勵電平
光發射機的射頻激勵電平直接決定于光發射機的調制度,進而決定其CNR、CTB、CSO指標。同時其與前端傳輸的頻道數有關,傳輸的頻道數量越多,為保證前端的CTB、CSO指標,相應的射頻激勵電平(或調制度)就越低。因此,射頻激勵電平應在光發射機線性工作范圍內,通過綜合考慮傳輸頻道數及廠家推薦值來選取,一般取值為75~85dB。
(3)光發射機的選擇
首先,應選用SBS抑制能力較強的光發射機。因為光纖中存在的SBS(受激布里淵散射)效應限定了入纖光功率(一般要求入纖光功率
其次,盡量選用波長公差較小的光發射機。波長值的變化會對EDFA的輸出光功率、噪聲系數產生一定影響。目前廠家提供的光發射機波長精度通常為±5nm~±15nm。
第三,1550nm光傳輸時必須采用外調型光發射機。這是因為1550nm窗口的色散系數已高達17ps/(kin.nm),直調中的“啁啾效應”會使CSO指標劣化至系統不能容忍的程度。
(4)使用中應注意的問題
良好接地:工作狀態下不能插拔連接器,否則極易損壞光發射機。
加強維護:注意觀察射頻測試點電平及面板指示燈是否有變化。同時,溫度升高會導致激光器線性工作范圍減少,影響光功率輸出,因此應關注激光偏置電壓、激光器溫度、冷卻電流及光發射功率是否正常。
2 EDFA(摻鉺光放大器)
EDFA的主要功能為對衰減光信號進行補償及對畸變信號恢復整形,以延長光信號傳輸距離。EDFA可直接對1550nm波長的光信號進行放大(不能放大1310rml波長),且不必進行光一電一光轉換。因而附加失真較小。
3 光接收機
光接收機為處于光鏈路接收端的光端機,有1310nm和1550nm兩種類型。其能將探測到的微弱光信號轉換為電信號后,放大恢復至載波攜帶的原信號,從而完成光一電(O-E)轉換。目前各廠家生產的光接收機線性工作范圍較窄,要求輸入光功率大多為-4~+2dBm(典型接收值為OdBm),輸出的高頻電平一般不超過102dBuv(輸出過高易造成CTB、CSO指標劣化),對無AGC電路的光接收機而言,輸入光功率每增加1dBm,相應輸出電平提高2dB。
光纖
1 光纖損耗
光纖損耗可分兩大類:吸收損耗與散射損耗。吸收損耗與光纖材料本身及所含雜質有關;散射損耗的增加則與光纖波導存在缺陷或不均勻、光纖彎曲半徑過小及入射光功率較大時產生的SBS效應等有關。因此,在進行光纜施工時,光纜彎曲半徑應大于10cm,人纖光功率應參閱光發射機SBS閾值,最大不應超過17dBm,以減少散射損耗。
同時,光纖損耗與所傳輸光的波長有關,1310nm、1550nm窗口處光纖損耗分別為0.35dB/km、0.2 dB/km(不含熔接損耗)。
2 光纖色散
不同頻率或不同模式的光在光纖中傳輸時,由于具有不同的群速度而互相散開形成的波形失真即光纖色散。光纖色散分為模式、材料及結構色散。三種色散中模式色散最大,結構色散最小,同時結構色散與材料色散特性相反。
由于單模光纖中模式色散為0,因此單模光纖色散性能要優于多模光纖。普通單模光纖(sMF)1310nm窗口色散為3.5ps/nm.km,1550nm窗口處色散系數則高達17ps/nm.km。色散的存在將與光源調制特性互相作用嚴重劣化CSO指標,從而限制光纖的傳輸距離。因此在1550nm大跨距傳輸中,可通過在EDFA中內置DCM色散補償模塊,使傳輸距離延伸至150km(實踐證明。在前60 km添加DCM時,其色散補償性能要好一些)。另外,利用結構與材料色散特性相反的原理,在光纖生產工藝中可有意加大光纖的結構色散,使其在1550nm處與材料色散的合成色散為0。G.653色散位移光纖就是依據這種原理研發的,其色散性能良好。但目前價格較為昂貴。
3 光纖的溫度特性
不同于同軸電纜,光纖的溫度系數很小,一般情況下,溫度對光纜損耗的影響可忽略不計,但當溫度低至一定程度(例如-25℃)時,光纖損耗就會明顯增加。因此,寒冷地區對光纖的溫度特性應加以重視。
4 光纖的模場直徑與同心度誤差
光纖的模場直徑與同心度誤差這兩項參數將直接影響到光纖的熔接精度,熔接兩端的同心度誤差越小,模場直徑越吻合,則光纖的熔接損耗就越小。這就要求施工過程中盡量使用同一批次的光纖,使用時分清每盤光纜A、B端并按順序擺放,以獲得較高的熔接精度。
無源光器件
無源光器件主要包括:光纖活動連接器、法蘭盤、光分路器、光波分復用器、光衰減器、光隔離器、光濾波器、光開關、防水尾纜等。
1 光活動連接器
光纖與相關設備(如光端機、光測試儀表等)、光纖配線架上的光纖與光纖、及光纖與其他無源器件之間的連接都用到活動連接器。性能較好的活動連接器應具有較低的插入損耗、較高的反射損耗(較好的插入損耗可達到0.2~0.5dB)。活動連接器按“結構形式/端面形式”的型號命名來區分,常見的單模光纖活動連接器有FC/PC、FC/APC、FC/UPC、sc/PC、SC/APC、ST/PC等類型。其中:
Fc一螺紋式金屬圓形結構,性能優于ST型;
sC---c拔式塑料矩形結構;
ST--卡接式金屬圓形結構;
PC--端面呈球形平面,反射損耗可達35dB;
UPC一端面與PC同,插入損耗低于Pc,反射損耗可達50dB以上
APC一端面呈球形平面,插入損耗略大于UPC,反射損耗優于60dB。
一段帶有軟管護套的光纖加上兩個活動接頭(接頭型號可一樣,也可不一樣),便構成光纖跳線,光纖跳線一分為二便是尾纖。
2 法蘭盤
光纖法蘭盤又叫光纖適配器,其作用是將需要連接在一起的相同或不同形式的連接器纖芯精確對準,從而使端面損耗最小。對法蘭盤的選擇,一是插入損耗較小,且可重復插拔。
3 光分路器
光分路器屬于樹狀耦合器,其功能為將一路光信號按不同的分光比分成若干路。分光比的定義為某端口輸出功率(mW)與各路輸出功率(mW)之和之比。
分光比的計算(以1550nm傳輸為例)如圖3所示,設A、B兩地光接收機取0dBm接收,光分路器某端口輸出光功率,根據公式:P=aL+As+1+pr
其中,a=0.25dB/km,As為光分路器附加損耗,由附表查得As取值為0.2 dB,pr=OdBm,1為活動接頭插入損耗與設計余量。
pa=0.25×8+0.2+1=3.2dB=2.09mW;
pb=025×15+02+1=4.95dB=3.13mW;
則分光比Ka=2.09/(2.09+3.13)=40%;Kb=3.13/2.09+3.13)=60%;
Pi=-101gKa+pa=-10g0.6+3.2
=2.22+3.2=5.42 dB
關鍵詞: LED背光源;Boost拓撲;電容平衡;保護電路
中圖分類號:TN312+.8 文獻標識碼:B
The Design of Capacitor Balanced Driver for Edge-lit LED Backlight Based on Boost Topology
MENG Xian-ce1, LIU Wei-dong1,2, QIAO Ming-sheng2
(1. Dept. of College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China; 2. Hisense Electric Co., Ltd, Qingdao Shandong 266071, China)
Abstract: Based on boost topology, this paper introduces a LED driver circuit that uses a capacitor to achieve one boost circuit drive two strings of LED light string work in a constant current mode.
Keywords: LED backlight; boost topology; capacitor balanced; protect circuit
引 言
側導光LED背光源以其能夠支持液晶電視超薄化和節能環保設計的優勢,正在得到廣泛的應用。
目前,大尺寸的液晶屏要有多串LED燈條做背光源,多采用Boost拓撲的LED驅動電路進行驅動,一般以一路Boost驅動一串LED燈條的方式實現恒流控制的目的,每路都需要一個升壓MOS管和一個調光MOS管,并且每路輸出都需要電解電容滿足LED正常工作,系統所使用的器件多,成本較高。
本文基于Boost拓撲電路,設計實現一種具有電容平衡功能的側導光LED背光源驅動電路,能夠實現一路Boost電路驅動兩串LED燈條,可減少元器件使用,降低系統成本。
1 基本原理
Boost拓撲電路即升壓(Boost)變換器,是一種從低壓輸入得到高壓輸出的開關調整器。其工作過程包含能量存儲和能量釋放兩個階段,開關導通期間,電感儲存能量,輸出電容單獨為負載提供電源;開關斷開期間,儲存了能量的電感與輸入電源串聯共同為負載提供電源。
電容是開關電源中常用的元件,具有儲存電能和傳遞電能的作用。電容的充放電過程存在C=Q/U和Q=It的關系,其中C為電容器的容量,Q為電容器存儲的電荷量,U為電容器兩端電壓差,I為充放電電流,t為充放電時間。在選定的電容量C條件下,只要設置適當的時間,即可實現電容充電和放電的電荷量相等,起到平衡連接在電容兩端的電路電流的作用。
2 系統架構
基于以上原理,我們設計了一種電容平衡式LED驅動電路,其系統框圖如圖1所示。
該LED驅動系統包括六部分功能電路,在LED驅動控制芯片的控制之下,各功能電路協調工作,通過電容平衡實現一個Boost電路驅動控制兩串燈條同時恒流工作。
3 電容平衡式驅動電路系統
圖2所示為電容平衡式驅動電路系統原理圖。
3.1 LED驅動控制芯片及其電路設計
本設計所選擇的芯片為安森美半導體公司的NCP1252芯片。該芯片是一款基于電流模式脈沖寬度調制(PWM)的驅動控制芯片,目前大多應用于AC-DC類反激電源當中。本系統通過給NCP1252芯片以12V的DC電壓供電,使芯片的驅動輸出電平為12V,具有較強的驅動能力。通過設置芯片的Rt腳和SS腳,使電路工作在180kHz頻率下,保證芯片頻率穩定,驅動開關損耗較小,同時保證本系統的電磁兼容(EMC)效果最佳。
3.2 DC-DC升壓電路
為保證LED燈的光效,要求驅動電路工作在恒流控制模式,輸出到LED燈的電壓可以動態調整。本系統采用工作在不連續模式的Boost電路,實現升壓系數隨負載變化的可調性,達到動態輸出電壓恒流驅動LED的目的。本設計中利用Boost電路的電感輸出端輸出功率,便于電容平衡電路的工作,實現一路Boost電路驅動控制兩串燈條同時恒流工作的目的。
3.3 電容平衡電路
電容具有儲存電荷的功能。本電路中利用電容充電和放電電荷量相等的特點,實現兩串LED燈串的電流平衡。基于Boost電路的電容平衡電路模塊原理圖如圖3所示。
圖中,電容C1是用于平衡電流的電容,本設計中選擇沒有極性的聚丙烯電容以實現耦合平衡的作用。電路正常工作時,B點是電容C1的輸入端,C點是電容C1的輸出端。當Boost電路的開關管V1關斷時,電容C1接受電感L1的充電,使C點電平為一倍LED燈串的電壓,經過VD4整流和C3濾波驅動LED燈條1發光。電阻R8阻值較小,電容充電時B點電位高于C點電位,所以,當Boost電路的開關管V1導通時,電容C1的B點通過開關管V1及電阻R8對地放電,使地的電位高于C點電位,使C點和地之間產生負電壓,經過VD1整流和C2濾波驅動LED燈條2發光。
3.4 恒流采樣電路
本系統采用比例電流源電路來實現LED的恒流采樣,達到控制流經LED燈的電流恒定的目的。如圖2所示,流經LED燈串的電流ILED與驅動控制芯片N1的FB腳電流IFB以比例的關系可產生相同趨勢的變化。芯片N1工作時FB腳電流IFB會穩定在1mA。當IFB>1mA時,芯片N1減小輸出驅動脈沖的占空比,以降低LED燈條中的電流到設定值;當IFB
3.5 保護電路
本電路具備過壓保護、過流保護、短路保護和開路保護功能,各保護功能通過觸發保護功能主電路實現。
3.5.1 保護功能主電路
保護功能主電路模塊如圖4所示。
圖4中A點為保護觸發信號的輸入點,當輸入到A點的電平信號大于NPN型三極管V3的be結電壓時,V3飽和導通,電阻R4兩端產生壓降,當R4的壓降大于PNP型三極管V2的eb結電壓時,V2飽和導通,12V_VCC的電壓經電阻R20輸入到保護觸發信號的輸入點,即A點,實現A點一旦被觸發,則鎖定在觸發狀態。重新上電即可退出鎖定。
當保護點的觸發狀態被鎖定后,V3一直處于飽和導通狀態,從而使連接到芯片BO腳的二極管VD13導通,將芯片BO腳的電平置低,其電平值為V3的飽和導通壓降(Vce≈0.1V)與VD13導通壓降(Vd≈0.3V)之和,即VBO=Vce+Vd≈0.1+0.3=0.4V
在PNP型三極管V2飽和導通,本電路還設計了將12V_VCC通過R12輸入到芯片的電流取樣端Cs腳,使該引腳電平超出其正常工作的電平范圍最大值1V,芯片立即響應,關閉驅動脈沖的輸出,進入保護狀態。
3.5.2 OVP電路和OCP電路
本系統中的OVP電路從Boost輸出端取樣,經過電阻分壓后通過穩壓二極管VZ1連接到保護觸發信號的輸入點A點,當過壓時即可觸發啟動上述保護功能主電路模塊,實現對燈條串和電路系統的保護。
本系統中的OCP電路從Boost升壓電路開關管V1下端取樣,當LED燈條過流時,電阻R8壓降變大,通過電阻R21觸發保護信號輸入點A,啟動保護功能主電路模塊,實現保護功能。
3.5.3 開路保護和短路保護
當LED燈條串開路時,驅動控制芯片N1的FB腳將無電流,芯片停止輸出驅動脈沖,系統進入保護狀態。當LED燈條串短路時,FB腳的電流大于1.5mA,芯片同樣停止輸出驅動脈沖,系統進入保護狀態。
3.6 調光電路
本系統的調光電路通過在芯片BO腳接兩個電阻R10和R17以及一個二極管VD6實現LED燈條串電流的動態控制,以達到節能的效果。
4 測試波形及分析
由圖5的測試波形可見,以系統地為參考零電位,電路中VD1的輸出為負電壓,即當電容C1放電時,B點電位高于C點電位所產生。
由圖6的測試波形可見,電路進入保護狀態時,A點電平升高并維持在高電平狀態,同時BO腳電平被從1V拉低到約0.4V,芯片鎖定在保護的狀態。
5 結 論
本文設計了一種新的LED驅動電路架構,實現了電容平衡式LED驅動電路系統。該系統使用一路Boost升壓電路驅動兩串LED燈條同時恒流工作,相對于傳統的恒流驅動電路,使用的元器件少,電路結構優化,成本較低。該電路系統目前已成功實現批量應用,對其它電路結構的優化具有啟發性意義,將是下一步研究工作的重點。
參考文獻
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【關鍵詞】天源光網絡光電模塊發展
在互聯網的廣泛應用中,FTTH已經成為通信領域的重要技術之一,在使用接入網中通過利用用戶端的接入能力和接入途徑來進一步增強接入能力。并且提供了一個大容量、高效率的介入系統,有助于寬帶業務的發展。 在無源光網絡中,實現了資源的有效性和共享性。這種技術是在光電模塊中進行的分光技術。因此需要對光電模塊中的FTTH技術進行重點研究,了解光纖技術。
1 無源光網以及應用
在無源光網(PON)技術中,它是由局端設備OLT光分配網ODN以及用戶端設備ONU和接入管理系統SAS共同組成的。其性能主要體現在:點的網絡拓撲;數據業務主要提供最終用戶寬帶的數據業務接入;語言業務中的TDM業務的接入和VOLP語言業務的接入。其應用的標準是APON技術,并且利用PON技術的拓撲結構來傳輸長度固定的ATM單元,最終出現了寬帶無源光網絡,它能夠提供多種系統來為寬帶服務,主要是對太網服務以及視頻傳輸,但是在FSAN聯盟中開始制定傳輸率高于1Gb/s的PON標準,最終被稱為GPON標準。但是在多媒體技術不斷更新的過程中,為了更好的彌補IP業務,這就形成了新一代的PON-EPON,該技術被廣泛的應用,解決了從點到多點的以太網接入的問題。最終使用在數字業務、圖形業務以及語音業務中,在廣電中來經營有線電視網以及計算機互聯網。但是在使用中必須要與PSTN、CATV以及Internet三網進行結合使用,提供更多的網絡建設元件,在光電模塊以及接入設備中進行廣泛的應用。
2 無源光網絡中的光電模塊的工作原理
通常在網絡的應用中,從OLT到ONU下行傳輸時是連續進行信號傳輸的。采用的是TDMA的接入方式進行,但是在PON系統中,ONU模塊的發射部分一般是在突發狀態中進行的,因此只有在屬于ONU的時隙內才能進行有光功率的輸出。但是在連續的方式中,激光驅動電路中常見的是保護激光器的慢啟動電路中以及常規的是用來穩定發射功率的APC模擬來控制電路不處于突發模式。通常在突發模式中需要采用數字式的APC來對電路進行控制,最終穩定發射功率以及消光比。
然而在OLT模塊中,在進行突發模式工作中,由于ONU的傳輸路徑不同,因此在進行接收的過程中,上行的信號在系統中出現了不同程度的削減,這就造成在到達OLT接收端的光功率存在著很大的差別。通常在常用的突發接收中主要分為DC耦合和AC耦合兩種具體的狀態。在DC耦合中采用的是峰值檢測技術,對光電的作用是,能夠控制直流差差分分量的具體變化,最終保證直流差分分量在合理的溫度中進行。然而在AC耦合方式中,采用的是基線調整技術進行的,它主要是減少RC電路的時間常數,最終確保接收信號能夠在規定的時間內進行及時的恢復。
3 對PON網絡下,光電模塊的應用
在研究無源光網絡中,BPON、EPON以及GPON是光電模塊的重要組成部分,因此為了確保PON技術在光電模塊的應用更加廣泛,這就需要對具體的模塊進行性能的比較,最終選用合理的技術。但是在無源網絡技術應用中,光電模塊中的單纖雙向和單纖三向光前端仍然是在TO形式中進行的,在將TO進行分離后,將所有的部件在進行重組。而在目前,單纖雙向和單纖三向光前端的價格是最重要的決定因素,它直接決定著光電模塊的具體使用,在OLT一以及ONU模塊中作為主要的構成部分,在目前使用具有代表性的是美國的Xponent,在該技術的具體應用中,能夠將PLC光前端進行細致研究,最終大幅度的降低了OLT和ONU的技術成本,并且大大提高了使用的效率。但是在PON技術的應用中,需要對激光器以及光電管到PLC的耦合進行核實的溫度來作為保障,確定該設備的嚴密性,針對技術使用的環境來具體的規定,在科學合理的信號接收距中,提高使用的有效性。
4 總結
在研究無源光網絡(PON)技術中,通過對該技術在發展中以及應用中進行深入了解,并且注重應用的標準,為適應市場的發展,將PON技術應用到光電模塊BPON、
GPON以及EPON中,為進一步發展FTTX技術有了一定的技術保障,促進互聯網寬帶的使用效率,保證了接收信號以及在滿足終端客戶端和電信運營中的要求,為最終實現更大的應用領域在逐漸的突破,并且該技術在不斷的結合相關以技術的協同發展,將無線網絡進行接入,增加了信息的傳輸量以及提高了信息的傳輸效率,為電信事業中寬帶接入提供更加方便的操作流程,以及在安裝中不斷的簡化,這些對于光電模塊中,光纖技術的推廣有著重要的作用。推動了我國網絡信息技術的進一步發展,實現了信息資源的共享性和有效性。
參考文獻
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作者簡介
程寧(1977-),男,湖北省鄂州市人。碩士研究生學歷,工程師。研究方向為光通信、網絡、光接入方向。