专利名称：激光二极管和其他半导体二极管的非线性补偿的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及调制半导体二极管，特别是涉及减少半导体二极管光源的非线性失真。
随着对光通信需求的增加，对有着更好性能、更低失真的光通信技术的需求也在增长。
光传输系统的核心在光源，发光二极管(LED)和激光二极管通常为这些系统提供光。然而，这些器件的内在的非线性结电容导致了不希望有的谐波和交互调制，这就引起了失真，降低了产品性能。
在光传输系统中，光源的高线性度和低噪音是关键因素。人们试图通过提高光源制造技术、降低预失真以及使用反馈控制来提高光源的线性度。然而，这些方法导致了成本的增加并且加大了制造工艺的难度。本发明者在一项在先发明(US 4,032,802)中，通过使用二极管的反串联来降低二次和三次失真谐波，从而提高线性度。
本发明利用对半导体二极管的反并联(其中一只二极管反向偏置)，来改进本发明者较早的以反串联结构降低失真的系统，以降低谐波失真并且与反串联系统相比降低了直流消耗，低频噪音和发热。
本发明提供了一个非线性补偿电路，与A.C.信号源一起使用。在一个最优实施例中，该电路包含第一和第二半导体二极管，这两个二极管连接成反并联形式，并且与信号源并联。这些半导体二极管分别有第一和第二电压可变电容特性。一个直流电源电路分别向该第一和第二半导体二极管提供第一和第二偏置电压。通过调节这些半导体的相应的偏置，电路电容也能被调整，以减少不希望有的谐波，提高电路的线性度。
在另一个最优实施例中，第一半导体二极管是一个光源二极管，第二半导体二极管是一个补偿二极管，电源向补偿二极管加反向偏置，同时向光源半导体二极管加正向偏置。这种偏置方式只需要极少的直流功率消耗。而且，电源在电路中只产生极少的热量，避免了与热相关的失真。
在又一个最优实施例中，第一电源向光源半导体二极管提供偏置，同时，第二电源向补偿半导体二极管提供偏置。这种安排同上一实施例中一样，有着低直电耗的优点。并且，第一和第二电源提供相互隔绝的直流偏置分路，能够在不影响光源二极管的性能的情况下，允许对补偿半导体二极管进行独立的偏置调节。
图1是本发明的一个最优实施例的示意图；图2是半导体二极管的等效电路图；图3是本发明的一个射频(RF)/交流(A.C.)等效电路图；图4是本发明的一个直流等效电路图；图5是本发明的一个第二优选实施例的示意图；和图6是本发明的一个第三实施例的示意图。
图1示出了本发明光电电路10的一个优选实施例。光源半导体二极管12的正极11与地38连接。光源半导体二极管12的负极13通过第二电容30与补偿半导体二极管14的正极15相连。补偿半导体二极管14的负极17通过第三电容32连接到地38。
图2示出了施加有结电压41的光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14的半导体二极管等效电路40。二极管的键合线导致了第一和第二电感42,44。结电容46取决于结耗尽层的结构。结电阻48代表结电阻和扩散。
再次参见图1，本领域普通技术人员将会看出这种连接是带有A.C.信号源20的光源半导体二极管12与补偿半导体二极管14反向并联，图3示出了光电电路10的交流等效电路50。图3示出的反并联连接方式形成了一个非线性补偿电路(NCN)51。光源半导体二极管12可以是包括，但并不仅限于激光二极管(LD)和发光二极管(LED)的几种之一。补偿半导体二极管14也可以是任何几种形式之一，只要其具有下面讨论到的所需的等效电路。
回到图1，该优选实施例包含一个偏置电路，其包括分立的直流偏置加到光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14上，并且均与A.C.信号源20相隔绝。第一偏置源16为光源半导体二极管12提供直流偏置。第二电容30将第一偏置源16从总电路中隔绝在第二电容30的左边，特别是第二偏置源18的左边。这种隔绝在光电电路10的直等效电路中更易看出，更进一步说，在光源二极管12的直偏置等效电路54(如图4所示)，当中，更易看出。从图4当中可以看出从补偿二极管直偏置等效电路52可知，第二偏置源18为补偿半导体二极管14提供了直流偏置。又回到图1，第二偏置源18为补偿半导体二极管14提供了一个反向偏置，该偏置可以通过调节可变电阻34来进行调整。第一、第二和第三电感22、24、26用来将第一和第二偏置源16、18与A.C.信号源20隔绝开，因而得到等效电路图3和图4。
将交流等效电路50(图3)中的光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14用半导二极管等效电路40代替后，分析图50，显示出减少谐波失真的可能性。一个二极管的电容在所加偏压为VO和所加调制小信号电压为V时，其表达式为C=C0(θ-V0)n(1-Vθ-V0)-n=K0+K1v+K2v2+K3v3+···----(1)]]>其中CO是一个与结电容46成正比的常数；θ表示二极管的扩散电压；和n是一个二极管结处掺杂分布相关的数。K0=C0(θ-V0)n----(2)]]>K1=nK0θ-V0---(3)]]>K2=n(n+1)K02(θ-V0)2----(4)]]>K3=n(n+1)(n+2)K06(θ-V0)3----(5)]]>等式(3)、(4)和(5)分别表示二次、三次和四次失真。其中，二次失真在失真中是最大的单一成分。如果一个电路能够消除或减少这个级次的失真，并且可能的话也降低其他级次的失真，则光电电路10中的谐波失真和交调产物将会相应减少。
本发明非线性补偿电路51中(如图3所示)，将补偿半导体二极管14和光源半导体二极管12连接成反并联关系，再与A.C.信号源20连接。偏置电路为每个二极管提供了一个直流偏置。任何由A.C.信号源20加到二极管上的递增电压V，将会对流过二极管的电流分别在它们各自的偏置点附近进行调制。因为此种反并联，A.C.信号源20大小相等，方向相反地对光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14上的电压施加影响。在本发明的最优实施例中，光源半导体二极管12是正向偏置，而补偿半导体二极管是反向偏置。
在本发明的一个最优实施例中，光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14都是具有以上所讨论过的等效电路的半导体二极管。因此，光源半导体二极管12和补偿二极管14的电容可以表述为C1=K10-K11V+K12V2-…(6)C2=K20+K21V+K22V2+…(7)其中，C1=光源半导体二极管12的电容C2=补偿半导体二极管14的电容。
结合等式(6)和(7)，我们可以得到总电容为C∑=C1+C2=KΣ1-K∑2V+K∑2V2……(8)其中，KΣ0=C10(θ-V10)n+C20(θ-V20)n----(9)]]>KΣ1=nK10θ-V10-nK20θ-V20----(10)]]>KΣ2=n(n+1)K102(θ-V10)2+n(n+1)K202(θ-V20)2----(11)]]>本发明中光源半导体二极管12和补偿半导体14的偏置电压V10和V20可以被调节。因此，通过将K∑1调节为0，可以很容易的将二次非线性失真完全消除(见等式10)。
从等式(1)和(5)，如果我们使K10θ1-V10=K20θ2-V20----(12)]]>并且，(θ-V10)2=(θ-V20)2(13)所有的偶次波将被完全消除掉。因此，本发明能降低失真，提高性能。
本发明与已有技术相比，有着一些优点，如降低成本，减少直流电耗，降低噪音，减少由于热稳定性带来的问题。
而且，本发明与反串联非线性补偿结构相比也有一些优点。
本发明消除了射频(RF)和直流的连接，并且消除了低频干扰。第二电容30将第二偏置源18与光源半导体二极管12隔绝开来，因为电容对于直流源来说，就象一个开路。这就减少了直流电源和射频源的联系。这种隔绝也帮助减少了低频干涉。第一，第二和第三电感22,24和26阻止了低频干扰。
本发明的反并联非线性补偿电路与反串联结构相比，减小了直流电耗，因此也就减少了发热。反串联非线性补偿电路使用电流偏置，并且使二极管正向偏置，这就需要大量的直流电耗。本发明使用电压偏置，并且将补偿半导体二极管14反向偏置。反向偏置的二极管比正向偏置的二极管消耗更小的电流。更小电流和与反串联结构相比相同或更小的电压，导致了更少的直流电耗。因为更少的直流电耗，本发明中生热就更少。因此，本发明与反串联结构相比，减少了热稳定性问题。
本发明中使用反并联结构也达到了更低的噪音水平。正向偏置的反串联补偿二极管的大偏置电流的变化，产生了反向偏置反并联补偿二极管的小偏置电流的变化所没有的噪音。当相关的变动相似时，正向偏置反串联的大电流放大了系统中的噪音。况且，在反并联结构中，如上所述RF/D.C.耦合的减少与反串联结构相比又降低了噪音。
本发明中的反并联结构与反串联结构相比，允许更高的工作频率。对补偿半导体二极管14的反向偏置与正向偏置相比，扩大了它的耗尽层。在PN结二极管中，一个扩大了的耗尽层，意味着P区和N区离得更远。这类似于将平板电容器的极板分开，与正向偏置二极管相比，这种效应导致了电容的减少(根据众所周知的公式C=(∈*A)/d)。电容的减少提高了二极管的截止频率，因为fC=1/(2·П·CO·RS)，其中fC是二极管的截止频率，CO是二极管的零偏置电容，RS是二极管48的内电阻。反向偏置半导体二极管14减少了电容，因而增加了其截止频率。这就允许该电路，与在反串联结构中，将补偿半导体二极管14正向偏置相比，工作在更高的频率上(达到10GHZ)。而且，在交流等效电路50中，将光源半导体二极管12和补偿半导体二极管14分别用半导体等效电路40代替，得到一个低的等效电感(电感并联)，而反串联将得到一个高的电感(电感串联)。反并联结构中的这种更低的电感允许更高的工作频率。
本发明的另一个改进是光源半导体二极管12的工作状态不随补偿半导体二极管14中的电流改变而改变。而在这些二极管的反串联中，光源半导体二极管12的工作状态随着补偿半导体二极管14中的电流的改变而改变。隔绝的直流偏置通路，能够在不影响光源半导体二极管12的同时，允许对补偿半导体二极管中12的偏置电流进行调节。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，图1所示的本发明的示意图的几种变形是可能的。例如，第一和第二偏置源16,18可以共同接地(如图5所示)。补偿半导体二极管可以与第一第二偏置源16、18有共同的接地端(如图6所示)。将图1与图6相比，一个熟练的技术人员能够看出，图6中已无须有第三电容32和第一电感22。
本发明也可包括其他的配置。例如，可以将光源半导体二极管12用其他半导体二极管，包括，但不限于RF和微波二极管来代替。也可以将光源半导体二极管12用光测器，包括，但不限于雪崩光二极管、场效应管或者PIN二极管来代替。此外，补偿半导体二极管14能够被用作信号探测器，同时光源半导体二极管12作为补偿二极管，以获得高线性度信号探测电路。图7-9，分别与图1,5,6类，示出了这样的结构。需要注意的是，由信号探测器接收到的信号带动了负载60，负载60在所示出的信号探测器结构中代替了A.C.信号源20。
以上描述对本发明的最优实施例进行了充分完整的公开。不同的变形，替换的结构，以及等效结构对于有着相关技术的人员来说，是很清楚的。因此，本发明的(保护)范围仅仅由所附的权利要求中界限来限定。
权利要求
1．一种非线性补偿电路，包括一个第一半导体二极管，它具有第一电压可变电容特性，一个第二半导体二极管，它与第一半导体二极管连接成反并联结构，该二极管具有第二电压可变电容特性，和一个直流电源电路，该电路与第一和第二半导体二极管连接，分别为第一和第二半导体二极管提供第一和第二偏置电压，这样，第一和第二偏置电压改变第一和第二电压可变电容特性以减少在第一半导体二极管中的谐波失真。
2．如权利要求1所述的装置，第二偏置电压反向偏置第二半导体二极管。
3．如权利要求1所述的装置，第一半导体二极管由一个光源半导体二极管构成，该光源半导体二极管与A.C.信号源连接。
4．如权利要求1中的装置，还包括一个电感和一个电容，它们均连接在A.C.信号源和直流电源电路中的直流电源之间，该电感用来阻止A.C.信号源的A.C.信号进入直流电源电路中的直流电源中，该电容用来阻止直流电源电路中的直流电流进入A.C.信号源中。
5．如权利要求1所述的装置，直流电源电路包含有一个直流电源，该直流电源有第一端，第二端和一个接地端，第一端与第一半导体的第一端相连，第二端与第二半导体的第一端相连，接地端与第一半导体的第二端和第二半导体的第二端相连。
6．如权利要求1所述装置，直流电源电路包含有第一和第二电源，第一电源与第一半导体二极管相连，为其提供第一偏置电压，第二电源与第二半导体二极管相连，为其提供第二偏置电压。
7．如权利要求6所述装置，还包括有一个电容，它连接在第一和第二半导体二极管之间。
8．如权利要求1所述的装置，第一半导体二极管由一个光测器构成，该光测器与一个负载连接。
9．如权利要求1所述的装置，第一半导体二极管由一个射频(RF)二极管构成。
10．如权利要求1所述的装置中，第一半导体二极管由一个微波二极管构成。
11．如权利要求1所述的装置，还包含一个可变电阻，该电阻与直流电源电路中的直流电源以及第二半导体相串联。
12．一种用在A.C.信号源上的低失真光电电路，该光电电路包括一个光源半导体二极管，它具有第一电压相关的电容特性，一个补偿半导体二极管，它与光源半导体二极管以反并联结构相连，并与A.C．信号源并联，该二极管具有第二电压相关的电容特性，和一个直流电源电路，它与光源半导体二极管和补偿半导体二极管连接，分别向光源半导体二极管和补偿半导体二极管加第一和第二偏置电压。
13．如权利要求12所述的装置，光源二极管由一个激光二极管构成。
14．如权利要求12所述的装置，光源二极管由一个发光二极管构成。
15．如权利要求12所述的装置，直电源电路反向偏置补偿半导体二极管，正向偏置光源半导体二极管。
16．如权利要求12所述的装置，第一和第二电压相关的电容特性大致相近。
17．一种用在A.C.信号源上的高线性度光电半导体二极管电路，该电路包括一个光源半导体二极管，该二极管具有第一电压可变电容特性，一个补偿半导体二极管，该二极管与光源半导体二极管和A.C.信号源连接成反并联结构，该二极管具有第二电压可变电容特性，一个第一电源，它与光源半导体二极管连接，用来向第一光源半导体二极管加正向偏置电压，一个第二电源，它与补偿半导体二极管连接，用来向补偿半导体二极管加反向偏置电压，一个第一电容，它连接在第一和第二电源之间，用来隔绝第一和第二电源，一个第二电容，它连接在A.C.信号源和第一电源之间，用来阻止第一电源的直流电进入A.C.信号源中，一个第三电容，它连接在A.C.信号源和第二电源之间，用来阻止第二电源的直电进入A.C.信号源中，一个可变电阻，它与补偿半导体二极管以及第二电源相串联，这样，调节可变电阻来调整第二电压可变电容特性，以减少光源半导体二极管中的谐波失真。
全文摘要
提供了一种高线性度的光源,它包含一个第一半导体二极管(例如,一个光源半导体二极管如激光二极管或者发光二极管,或者一个光接收二极管如光测器)和一个具有第二补偿半导体二极管的非线性补偿电路。第一和第二二极管以及A.C.信号源(用以发光)或者负载(用以接收光)连接成反并联结构,并且第一和第二二极管各自有相隔离的直流偏置分路。
文档编号H04B10/02GK1222012SQ9810052
公开日1999年7月7日 申请日期1998年2月12日 优先权日1998年2月12日
发明者潘精中 申请人:E-Tek动力公司