摘要：在典型的光電二極管電流監(jiān)測應(yīng)用中，電流監(jiān)測器和雪崩光電二極管(APD)之間的壓降隨溫度和電流而變化，由此改變了總增益。本應(yīng)用筆記介紹了一種利用穩(wěn)壓電路保持電流檢測器和APD固定壓降的方法，有助于解決上述問題。

概述

電流監(jiān)測器和雪崩光電二極管(APD)之間的壓降隨溫度和流過光電二極管的電流的而變化。因此，在光纖傳輸和儀表系統(tǒng)中，檢測平均光電二極管電流對于有效的系統(tǒng)管理尤其重要。

典型應(yīng)用電路

MAX4007/MAX4008為高精度、高邊、高壓電流監(jiān)測器，設(shè)計(jì)用于監(jiān)測光電二極管的電流。這兩款器件提供了一個用于基準(zhǔn)電流的連接點(diǎn)(REF)和一路正比于基準(zhǔn)電流的檢測輸出。在IC的REF引腳處連接適當(dāng)?shù)腁PD (雪崩光電二極管)或PIN (陽極-本征-陰極)光電二極管，如圖1所示。REF引腳向光電二極管陰極源出電流。


圖1. MAX4007高邊電流監(jiān)測器的典型應(yīng)用電路

由于光電二極管伏安特性中的陡峭斜率，光電二極管微小的電壓變化就會導(dǎo)致較大的電流變化，從而改變了光纖應(yīng)用電路的總增益。光電二極管的電壓降隨溫度和電流變化。MAX4007器件的壓降(VBIAS - VREF)典型值為0.8V，最大值為1.1V。

圖2所示為基準(zhǔn)電壓隨REF電流IREF的變化關(guān)系。該圖給出了傳統(tǒng)的未經(jīng)穩(wěn)壓的電路測試結(jié)果，光電二極管電流在1μA至4mA范圍內(nèi)變化時，VREF變化量高達(dá)0.4V。在一些應(yīng)用中，可能無法接受如此大的VREF變化。對REF電壓進(jìn)行穩(wěn)壓時最大的問題在于VBIAS可能高達(dá)76V。


圖2. 基準(zhǔn)電壓隨IREF的變化

穩(wěn)壓電路

圖3所示穩(wěn)壓電路通過保持固定的VSUPPLY至VREF壓降解決了上述兩個問題。該電路包括2.048V穩(wěn)壓基準(zhǔn)(MAX6007)和低偏置電流、帶有1.2V內(nèi)部緩沖基準(zhǔn)的運(yùn)算放大器(MAX4037)，電阻R1用于設(shè)置偏置電流。

在整個5V至76V電源電壓范圍內(nèi)，運(yùn)算放大器上的電源電壓始終保持在3.248V (2.048V + 1.2V)。MAX4037運(yùn)放的輸出饋入MAX4007的BIAS引腳，且其REF引腳接至運(yùn)放的反相輸入端。運(yùn)算放大器可吸收REF電壓的任何變化，保持該電壓固定至同相輸入(VSUPPLY - 2.048V)。MAX4037能夠源出1μA至4mA整個范圍的光電二極管電流。


圖3. 用于MAX4007/MAX4008電流監(jiān)測器的穩(wěn)壓電路

根據(jù)圖2中所示穩(wěn)壓電路的測試結(jié)果，可以斷定光電二極管電流在1μA至4mA范圍內(nèi)變化時基準(zhǔn)電源(VSUPPLY - VREF)保持恒定的2.047V。從圖4可以看出；當(dāng)供電電壓范圍為5V至76V時，對應(yīng)于1mA、3mA和4mA不同基準(zhǔn)電流，基準(zhǔn)電壓仍可保持恒定。


圖4. 對應(yīng)于不同偏置電流，VSUPPLY - VREF隨VSUPPLY的變化曲線

很多誤差源都會導(dǎo)致電壓誤差，其中之一是MAX4037運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，但實(shí)際情況是其失調(diào)電壓非常低(±2.0mV)，且溫漂極小，僅為100μV/°C。第二個誤差源是MAX6007的擊穿電壓，在整個電流范圍內(nèi)擊穿電壓的變化量為±1.3mV，整個溫度范圍內(nèi)的溫度系數(shù)為75ppm/°C。即使考慮這些誤差源，本文提供的穩(wěn)壓電路相對于未經(jīng)穩(wěn)壓的電路仍然對系統(tǒng)性能改善了許多。

結(jié)論

本應(yīng)用筆記提供的電路能夠消除MAX4007/MAX4008電流監(jiān)測器的壓降變化，從而在整個負(fù)載電流范圍和電源電壓范圍內(nèi)，為光纖應(yīng)用中的光電二極管保持穩(wěn)定、已知的電壓。