MAX3740A激光驅(qū)動器的精確功率控制

描述并分析了MAX3740A激光驅(qū)動器激光功率精確控制的三種電路方法。介紹了電路原理圖和仿真結(jié)果以及每種方法的優(yōu)缺點。

MAX3740A VCSEL激光驅(qū)動器的工作功率電平可通過軟件控制進(jìn)行設(shè)置。這可以通過DS1859數(shù)字電位器位來實現(xiàn)，這比看起來更棘手。本文將確定這些挑戰(zhàn)，展示DS1859和分立電阻控制工作功率的兩種不同配置方式（方案#1和方案#2），并介紹一種帶有運算放大器的新電路，以解決分立方案的所有缺點（方案#3）。仿真結(jié)果顯示了每個選項的光電二極管電流與電位計電壓之間的關(guān)系。最后，總結(jié)了每種選擇的優(yōu)缺點。

特定應(yīng)用的最佳電路將取決于設(shè)計人員的要求。需要考慮的因素包括光電二極管電流，以實現(xiàn)所需的激光功率水平、調(diào)整范圍和所需的分辨率。利用本文中的信息，設(shè)計人員將能夠確定特定應(yīng)用的最佳選項。

挑戰(zhàn)

MAX3740A數(shù)據(jù)資料規(guī)定在基準(zhǔn)引腳（REF）和功率監(jiān)控光電二極管（MD）之間使用電阻來設(shè)置光電二極管電流。功率控制環(huán)路將半導(dǎo)體激光管驅(qū)動到產(chǎn)生該光電二極管電流的強(qiáng)度，從而產(chǎn)生平均工作功率電平。問題是MD的標(biāo)稱電壓為1.6V，REF的標(biāo)稱電壓為1.8V。這僅在電阻兩端提供0.2V的電壓來設(shè)置光電二極管電流。像DS1859這樣的數(shù)字電位器可以具有高達(dá)1K的最小電阻。這樣，最大電流僅為200μA。您可以使用固定電阻器提高此電流水平，但無法更改高電流下的有限調(diào)整范圍、非線性度和較差的分辨率。

使用DS1859的另一個挑戰(zhàn)是MAX3740A的MD和REF電壓變化很大。這兩點之間的三角值在0.2V時非常穩(wěn)定，但共?？梢陨舷伦兓?.5V。MD相對于地的這種較大變化意味著由該節(jié)點和地之間的電阻定義的電流將具有相同的大變化。

解決方案#1

在該方案中，DS1859可變電阻和806Ω固定電阻位于REF和MD之間，請參考圖1。固定電阻齲齒為 0.2V/806 = 248μA?？勺冸娮椠x齒0.2V/50K （DS1859最大值）= 4μA至0.2V/1K （DS1859最小值）= 200μA。通過固定電阻和可變電阻的電流總和決定了通過光電二極管的總電流。該技術(shù)可在低電流下提供具有良好分辨率的非線性響應(yīng)。它不受MD電壓變化的影響。

圖1.解決方案#1原理圖。

圖2.解決方案#1仿真結(jié)果（X軸DS1859電阻Ω）。

圖3.解決方案 #1 摘要。

解決方案#2

在該方案中，DS1859可變電阻放在MD和地之間，243Ω固定電阻放在REF和MD之間，請參考圖4。固定電阻中的電流為 0.2V/243 = 823μA?？勺冸娮柚械碾娏鳛?.6V （MD標(biāo)稱值）/50K （DS1859最大值）= 32μA至1.6V （MD標(biāo)稱值）/1K （DS1859 最小值）= 1600μA。通過光電二極管的總電流是流經(jīng)固定電阻的電流減去通過可變電阻的電流。這種技術(shù)在高電流下具有良好的分辨率。電流值在很大程度上取決于MD處的電壓變化。請注意，對于低電阻值，光電二極管電流可能變?yōu)樨?fù)值。圖5顯示了在±5V范圍內(nèi)隨MD和REF變化的光電二極管變化。

圖4.解決方案#2原理圖。

圖5.MD和REF變化±2.0V（X軸DS5電阻為Ω）時的解決方案#1859仿真結(jié)果。

圖6.解決方案 #2 摘要。

解決方案#3

在該方案中，在REF和MD之間的電路中增加了一個小尺寸（SC70封裝）運算放大器MAX4245，請參考圖7。使用與DS1859和MAX3740A相同的電源，運算放大器產(chǎn)生與MD、REF-MD和DS1859電阻值成比例的電壓VO。這會產(chǎn)生通過R2的電流，與VO和MD之間的電壓差成正比。MD引腳電壓變化的影響被抵消，因此流經(jīng)R2的電流僅取決于REF – MD、穩(wěn)定的0.2V電壓和DS1859的電阻。通過光電二極管的電流等于通過R1的電流（803μA）+通過R2的電流。光電二極管電流是電位計值的線性函數(shù)。該電路可與任何值電位計配合使用，并在任何范圍內(nèi)提供電流。它唯一的限制是MAX4245運算放大器的電流驅(qū)動能力。

運算放大器輸出端（VO）的電壓推導(dǎo)并計算如下。確保VO處的電壓不超過運算放大器的最大輸出擺幅。

VO = 參考× - （DS1859/R3） + MD × （1 + DS1859/R3）

VO = -REF × DS1859/R3 + MD + MD × DS1859/R3

VO = MD + （MD - REF） × DS1859/R3

VO = MD - 0.2V × DS1859/R3

VO = 1.0V （最小值） - 0.2V × 1K （DS1859 min）/10K = 0.98V

VO = 1.0V （最小值） - 0.2V × 50K （DS1859 最大值）/10K = 0V

VO = 2.0V （最大值） - 0.2V × 1K （DS1859 min）/10K = 1.98V

VO = 2.0V （最大值） - 0.2V × 50K （DS1859 最大值）/10K = 1.0V

通過R2的電流推導(dǎo)并計算如下：

I（R2） = （VO - MD）/R2

I（R2） = VO/R2 - MD/R2

I（R2） = （MD - 0.2V × DS1859/R3）/R2 - MD/R2

I（R2） = MD/R2 - 0.2V × DS1859/R2 × R3 - MD/R2

I（R2） = -0.2V × DS1859/R2 × R3

I（R2） = -DS1859/62，000，000

I（R2） = -1K（DS1859 最小值）/62，000，000 = -16μA

I（R2） = -50K（DS1859 最大值）/62，000，000 = -806μA

圖7.解決方案#3原理圖。

圖8.解決方案 #3 仿真結(jié)果。

圖9.解決方案 #3 摘要。

總結(jié)

給出了三種控制MAX3740A激光驅(qū)動器功率電平的解決方案。解決方案 #1 和 #2 非常簡單，為了簡單而犧牲性能。解決方案#3，通過增加一個運算放大器，可實現(xiàn)非常好的線性控制，對元件變化不敏感。每個設(shè)計師都可以根據(jù)自己的需求選擇最佳解決方案。

審核編輯：郭婷