自動功率控制電路與方法

專利名稱：自動功率控制電路與方法
技術領域：
本發明有關于激光功率控制(laser power control)，尤指一種自動功率控制(automatic power control，APC)電路與方法。
背景技術：
于一光學儲存裝置如傳統的光驅(compact disc drive，CD drive)或數字多用途光驅(digital versatile disc drive，DVD drive)當中，一光學讀取頭(optical pickup，OPU)通常采用可供產生激光(laser)的一激光產生模塊來實現。依據相關技術中的典型的實施方式，該激光產生模塊包含一激光產生器，例如激光二極管(laser diode，LD)，其中該激光二極管具有一控制端子(terminal)，而該激光二極管的激光功率由輸入進該控制端子的電流的大小來控制。于相關技術的典型的實施方式中，該激光功率由利用一反饋回路電路(feedback-loop circuitry)來維持實質上(substantially)為定值。

發明內容
本發明的目的之一在于提供用于激光功率控制(laser power control)的自動功率控制(automatic power control，APC)電路與方法。
本發明的一實施例中提供一種自動功率控制電路，其可應用于控制一激光(laser)產生模塊。該激光產生模塊包含一激光產生器，用來產生激光，以及一感光器(photosensor)，用來輸出對應于該激光的功率的檢測結果。該自動功率控制電路包含有一比較器，耦接至該感光器且由一第一電壓位準(voltage level)所偏壓(bias)，用來比較該檢測結果與一參考信號，以產生一比較結果；一位準位移器(level shifter)，耦接至該比較器，用來位移(shift)該比較結果所控制的一中間(intermediate)電壓位準，以產生一控制電壓；以及一驅動器(driver)，耦接至該位準位移器與該激光產生器，用來依據該控制電壓與一第二電壓位準來驅動(drive)該激光產生器。
本發明于提供上述的自動功率控制電路的同時，也對應地提供一種自動功率控制方法。該自動功率控制方法可應用于控制一激光產生模塊。該激光產生模塊包含一激光產生器，用來產生激光，以及一感光器，用來輸出對應于該激光的功率的檢測結果。該自動功率控制方法包含有由利用(utilize)一第一電壓位準作為一偏壓電壓(biasing voltage)，比較該檢測結果與一參考信號以產生一比較結果；位移該比較結果所控制的一中間電壓位準，以產生一控制電壓；以及由利用一第二電壓位準，依據該控制電壓來驅動該激光產生器。
本發明于提供上述的自動功率控制電路的同時，也對應地提供一種用于激光功率控制的電路。該電路包含有一驅動器，耦接于一第一節點(node)N1與一第二節點N2之間，該驅動器由一第一電壓位準所偏壓，該驅動器依據該第一節點N1上的一電壓來驅動一激光產生器；一比較器，其包含耦接至一第三節點N3的一第一輸入、耦接至一第四節點N4的一第二輸入、以及耦接至一第五節點N5的一輸出，該比較器由一第二電壓位準所偏壓，該第二電壓位準比該第一電壓位準更低，該比較器透過該第三節點N3接收一激光功率信號并透過該第四節點N4接收一參考信號，該激光功率信號代表該激光產生器的激光功率，該比較器比較該激光功率信號與該參考信號以于該第五節點N5產生一比較結果；以及一位準位移器，耦接于該第一節點N1與該第五節點N5之間，該位準位移器于該第一節點N1與該第五節點N5之間提供一電壓降(voltage drop)。
本發明具有下列好處。于自動功率控制電路運作時，電壓位準可增加其線性范圍。位準位移器提供于一低電壓域(voltage domain)與一高電壓域之間的連接。位準位移器使得于該低電壓域中運作的電路以及于該高電壓域中運作的電路被成功地連接且整體運作無礙。


圖1為依據本發明一實施例所提供的一種自動功率控制(automaticpower control，APC)電路的示意圖。
圖2為依據本發明另一實施例所提供的一種自動功率控制電路的示意圖。
主要組件符號說明100，200自動功率控制電路110激光產生模塊112激光產生器120比較器190，290電源線260位準位移器262，Q1晶體管BJT_E，BJT_B，BJT_C端子DAC激光功率預定位準信號Ie，Ib，Ic電流LDO，Power_L，Power_H電壓位準LDO_INT比較結果MDI激光功率檢測結果N1，N2，N3，N4，N5節點RS，RL1，RL2電阻具體實施方式
請參考圖1，圖1為依據本發明一第一實施例所提供的一種自動功率控制(automatic power control，APC)電路100的示意圖，其中自動功率控制電路100可應用于控制一激光產生模塊(laser generation module，LGM)110。激光產生模塊110包含一激光產生器，用來產生激光；于本實施例中，該激光產生器為一激光二極管(laser diode，LD)112。激光產生模塊110另包含一感光器(photosensor)(未顯示)，用來輸出對應于該激光的功率(“該激光的功率”以下簡稱為“該激光功率”)的檢測結果MDI。于本發明的典型的實施方法中，上述的激光二極管112與感光器整合(integrate)成一單一模塊(single module)。
自動功率控制電路100包含一電源線190，用來以一電壓位準(voltagelevel)Power_L來輸出電源，其中電壓位準Power_L的大小例如3.3V，此為一般微芯片中所使用的典型的電壓位準。如圖1所示，自動功率控制電路100另包含有一比較器120，耦接至電源線190以及激光產生模塊110的感光器；一電阻RS，耦接至比較器120；以及一驅動器(driver)。其中上述的驅動器包含有一電阻RL1，耦接至電源線190；以及一晶體管(transistor)Q1，其具有耦接至電阻RS的一控制端子(terminal)以及分別耦接至激光二極管112與電阻RL1的兩個輸出端子(即端子BJT_C與BJT_E)。依據本實施例，晶體管Q1為一雙載子接面晶體管(bipolar junction transistor，BJT)，其射極(emitter)、基極(base)、與集極(collector)分別耦接至電阻RL1、電阻RS、與激光二極管112。
比較器120比較檢測結果MDI與一參考信號DAC，以產生一比較結果LDO_INT。在此，于本發明的典型的實施方法中采用一數字模擬轉換器(digital-to-analog converter)(未顯示)將儲存于一控制緩存器(controlregister)中的一目標值(target value)轉換成上述的參考信號DAC。若檢測結果MDI的一電壓位準大于參考信號DAC的一電壓位準，則比較結果LDO_INT處于一高位準；否則，比較結果LDO_INT處于一低位準。電阻RS將比較結果LDO_INT轉換成一中間(intermediate)電壓位準LDO，而比較結果LDO_INT所控制的中間電壓位準LDO調整晶體管Q1的一操作點(operation point)，以將該激光功率于實質上(substantially)維持為定值。于是，基于如圖1所示的閉回路電路的控制，上述的目標值可用來決定該激光功率的大小。
針對激光二極管112的一溫度特性，當溫度愈高時，若要維持相同的激光功率，則從該集極往激光二極管112的電流Ic就需要愈多。在此狀況下，由于跨越電阻RL1的電壓降(voltage drop)較高，端子BJT_E的一電壓位準以及中間電壓位準LDO都會降低，這是因為Ie＝Ib+Ic，且相較于電流Ie與Ib，電流Ib相當小。然而，當從該集極注入激光二極管112的電流Ic愈多，端子BJT_C上的電壓就愈高。于是，基于激光二極管112的該溫度特性，當該激光功率尚未達到對應于上述目標值的一預定值(predeterminedvalue)時，晶體管Q1就有可能達到其飽和區(saturation region)，導致無法于高溫下運作。
請參考圖2，圖2為依據本發明一第二實施例所提供的一種自動功率控制電路200的示意圖，其中自動功率控制電路200也可應用于控制激光產生模塊110，并可克服激光二極管112的該溫度特性所導致的問題。
于本實施例中，該驅動器耦接于如圖2所示的第一節點(node)N1與第二節點N2之間。另外，也如圖2所示，比較器120的一第一輸入(即用來輸入檢測結果MDI的輸入端子)耦接至第三節點N3，且比較器120的一第二輸入(即用來輸入參考信號DAC的輸入端子)耦接至第四節點N4。此外，比較器120的一輸出耦接至第五節點N5。
除了上述的比較器120、電阻RS、該驅動器(其包含電阻RL1與晶體管Q1)、以及電源線190，自動功率控制電路200另包含一位準位移器(levelshifter)260與電源線290，其中位準位移器260包含一晶體管262與一電阻RL2，且電源線290以一電壓位準Power_H來輸出電源；電壓位準Power_H的大小例如5V。
依據本實施例，晶體管262也為一雙載子接面晶體管，其射極、基極、與集極分別耦接至電阻RL2、電阻RS、與一預定電壓位準；該預定電壓位準的大小例如0V，在此即接地電壓(ground voltage)。位于電阻RL2與晶體管262的射極之間的第一節點N1用來當作位準位移器260的輸出端子，用來耦接至該驅動器的控制端子BJT_B(即晶體管Q1的基極)。此外，晶體管262的基極用來當作位準位移器260的控制端子，并接收中間電壓位準LDO。位準位移器260位移(shift)比較結果LDO_INT所控制的中間電壓位準LDO，以產生一控制電壓；該控制電壓輸出至該驅動器的控制端子BJT_B。如圖2所示，該驅動器包含電阻RL1與晶體管Q1。該驅動器依據控制端子BJT_B上的該控制電壓、并依據電源線290的電壓位準Power_H，來驅動激光二極管112。
當位準位移器260所提供的增益(gain)于實質上等于一時，自動功率控制電路200的回路增益于實質上等于自動功率控制電路100的回路增益。另外，當將自動功率控制電路100代換為自動功率控制電路200時，電壓位準Power_H用來增加晶體管Q1的射極電壓與基極電壓。于是，晶體管Q1可于其線性區(linear region)繼續運作，而不會受限于激光二極管112的該溫度特性。
本發明至少具有下列好處。于自動功率控制電路200運作時，電壓位準Power_H可增加其線性范圍。位準位移器260提供于一低電壓域(voltagedomain)(即Power_L電壓域)與一高電壓域(即Power_H電壓域)之間的連接。位準位移器260使得于該低電壓域中運作的電路以及于該高電壓域中運作的電路被成功地連接且整體運作無礙。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，都應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種自動功率控制電路，其可應用于控制一激光產生模塊，其特征在于，所述激光產生模塊包含一激光產生器，用來產生激光，以及一感光器，用來輸出對應于所述激光的功率的檢測結果，所述自動功率控制電路包含有一比較器，其耦接至所述感光器且由一第一電壓位準所偏壓，用來比較所述檢測結果與一參考信號，以產生一比較結果；一位準位移器，其耦接至所述比較器，用來位移所述比較結果所控制的一中間電壓位準，以產生一控制電壓；以及一驅動器，其耦接至所述位準位移器與所述激光產生器，用來依據所述控制電壓與一第二電壓位準來驅動所述激光產生器。
2.如權利要求1所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述第二電壓位準比所述第一電壓位準更高。
3.如權利要求1所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述位準位移器包含有一晶體管，其具有耦接至所述比較器的一控制端子以及耦接至所述驅動器的一輸出端子，用來依據輸入至所述控制端子的所述中間電壓位準，來產生所述控制電壓；以及一電阻，其耦接于所述晶體管的所述輸出端子以及所述第二電壓位準之間。
4.如權利要求3所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述晶體管為一雙載子接面晶體管，所述控制端子為所述雙載子接面晶體管的基極，以及所述輸出端子為所述雙載子接面晶體管的射極。
5.如權利要求1所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述驅動器包含有一晶體管，其具有耦接至所述位準位移器的一控制端子以及耦接至所述激光產生器的一第一輸出端子，用來依據輸入至所述控制端子的所述控制電壓，來驅動所述激光產生器；以及一電阻，其耦接于所述晶體管的一第二輸出端子以及所述第二電壓位準之間。
6.如權利要求5所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述晶體管為一雙載子接面晶體管，所述控制端子為所述雙載子接面晶體管的基極，所述第一輸出端子為所述雙載子接面晶體管的集極，以及所述第二輸出端子為所述雙載子接面晶體管的射極。
7.如權利要求1所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述自動功率控制電路還包含有一電阻，其耦接于所述比較器以及所述位準位移器之間，用來將所述比較結果轉換為所述中間電壓位準。
8.如權利要求1所述的自動功率控制電路，其特征在于，所述激光產生器為一激光二極管。
9.一種自動功率控制方法，其可應用于控制一激光產生模塊，其特征在于，所述激光產生模塊包含一激光產生器，用來產生激光，以及一感光器，用來輸出對應于所述激光的功率的檢測結果，所述自動功率控制方法包含有以下步驟由利用一第一電壓位準作為一偏壓電壓，比較所述檢測結果與一參考信號以產生一比較結果；位移所述比較結果所控制的一中間電壓位準，以產生一控制電壓；以及由利用一第二電壓位準，依據所述控制電壓來驅動所述激光產生器。
10.如權利要求9所述的自動功率控制方法，其特征在于，所述第二電壓位準比所述第一電壓位準更高。
11.如權利要求9所述的自動功率控制方法，其特征在于，所述自動功率控制方法還包含有提供一位準位移器，用來位移所述中間電壓位準以產生所述控制電壓，所述位準位移器包含有一晶體管，其具有一控制端子以及一輸出端子，用來依據輸入至所述控制端子的所述中間電壓位準，來產生所述控制電壓；以及一電阻，其耦接于所述晶體管的所述輸出端子以及所述第二電壓位準之間。
12.如權利要求11所述的自動功率控制方法，其特征在于，所述晶體管為一雙載子接面晶體管，所述控制端子為所述雙載子接面晶體管的基極，以及所述輸出端子為所述雙載子接面晶體管的射極。
13.如權利要求9所述的自動功率控制方法，其特征在于，所述自動功率控制方法還包含有提供一驅動器，用來依據所述控制電壓來驅動所述激光產生器，所述驅動器包含有一晶體管，其具有一控制端子以及耦接至所述激光產生器的—第一輸出端子，用來依據輸入至所述控制端子的所述控制電壓，來驅動所述激光產生器；以及一電阻，其耦接于所述晶體管的一第二輸出端子以及所述第二電壓位準的間。
14.如權利要求13所述的自動功率控制方法，其特征在于，所述晶體管為一雙載子接面晶體管，所述控制端子為所述雙載子接面晶體管的基極，所述第一輸出端子為所述雙載子接面晶體管的集極，以及所述第二輸出端子為所述雙載子接面晶體管的射極。
15.如權利要求9所述的自動功率控制方法，其特征在于，所述自動功率控制方法還包含有將所述比較結果轉換為所述中間電壓位準。
16.一種用于激光功率控制的電路，其特征在于，所述電路包含有一驅動器，其耦接于一第一節點N1與一第二節點N2之間，所述驅動器由一第一電壓位準所偏壓，所述驅動器依據所述第一節點N1上的一電壓來驅動一激光產生器；一比較器，其包含耦接至一第三節點N3的一第一輸入、耦接至一第四節點N4的一第二輸入、以及耦接至一第五節點N5的一輸出，所述比較器由一第二電壓位準所偏壓，所述第二電壓位準比所述第一電壓位準更低，所述比較器透過所述第三節點N3接收一激光功率信號并透過所述第四節點N4接收一參考信號，所述激光功率信號代表所述激光產生器的激光功率，所述比較器比較所述激光功率信號與所述參考信號以于所述第五節點N5產生一比較結果；以及一位準位移器，其耦接于所述第一節點N1與所述第五節點N5之間，所述位準位移器于所述第一節點N1與所述第五節點N5之間提供一電壓降。
全文摘要
本發明提供一種自動功率控制電路與方法，該控制電路可應用于控制激光產生模塊。該激光產生模塊具有激光產生器，用來產生激光，以及感光器，用來輸出對應于該激光的功率的檢測結果。該自動功率控制電路具有比較器，耦接至該感光器且由第一電壓位準所偏壓，用來比較該檢測結果與參考信號，以產生比較結果；位準位移器，耦接至該比較器，用來位移該比較結果所控制的中間電壓位準，以產生控制電壓；以及驅動器，耦接至該位準位移器與該激光產生器，用來依據該控制電壓與第二電壓位準來驅動該激光產生器。本發明可增加電壓位準的線性范圍，并使得于低電壓域中運作的電路以及于高電壓域中運作的電路被成功地連接且整體運作無礙。
文檔編號G11B7/125GK101079283SQ200710105540
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月25日 優先權日2006年5月26日
發明者陳建銘 申請人:聯發科技股份有限公司