數(shù)字可編程低噪聲雪崩光電探測(cè)器偏置電路

描述了一種電路來(lái)偏置光纖接收器中使用的雪崩光電二極管。具有倍壓器輸出的簡(jiǎn)單升壓轉(zhuǎn)換器采用 25V 電源提供 71V 至 5V 的數(shù)字編程輸出電壓。陶瓷濾波電容和有意減慢的 MOSFET 開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換可提供低噪聲輸出。

雪崩光電二極管檢測(cè)器（APD）與PIN二極管一樣，用作光通信中的接收器。APD更靈敏，但必須正確偏置才能為給定的光子通量產(chǎn)生適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電子流。圖1所示為低噪聲APD偏置電源的原理圖。本電路基于MAX5026低噪聲、固定頻率PWM升壓轉(zhuǎn)換器，工作在非連續(xù)電感電流模式。

圖1.低噪聲APD偏置電源。將控制輸入電壓從 0V 更改為 2.5V 會(huì)導(dǎo)致輸出電壓從 71V 更改為 24.7V。

該器件的開(kāi)關(guān)時(shí)間被有意減慢，以減少其他類(lèi)似器件中存在的高頻尖峰。MAX5026的內(nèi)部開(kāi)關(guān)頻率為500kHz。內(nèi)部橫向DMOS開(kāi)關(guān)器件的絕對(duì)最大額定值為40V，與C3、D2、D3和C4形成的外部倍壓器網(wǎng)絡(luò)一起，輸出電壓可達(dá)71V。

倍頻器電路在穩(wěn)態(tài)下的工作如下：當(dāng)LX引腳為低電平（內(nèi)部DMOS導(dǎo)通）時(shí)，電容C2在“導(dǎo)通時(shí)間”期間將電荷轉(zhuǎn)移到C3，同時(shí)電感L1正在充電。當(dāng)內(nèi)部DMOS關(guān)斷時(shí)，電感內(nèi)置的電流會(huì)同時(shí)偏置D1和D3。因此，提供給電容器C4的總電壓是VC2和VC3的總和。

圖1所示電路采用1V輸入電源時(shí)，能夠在71V輸出時(shí)提供超過(guò)5mA的輸出電流。圖2顯示了三種輸出電壓設(shè)置下的輸出負(fù)載調(diào)整率。圖3顯示了相對(duì)于控制輸入端控制電壓的輸出電壓調(diào)整范圍。圖4顯示了三種輸出電壓設(shè)置的效率曲線(xiàn)。

圖2.輸出電壓調(diào)節(jié)與輸出電流的關(guān)系，用于三種輸出電壓設(shè)置 25V、50V 和 71V。

圖3.測(cè)量的輸出電壓與控制輸入電壓的關(guān)系。

圖4.效率曲線(xiàn)。

圖5顯示了采用71μF陶瓷旁路電容時(shí)輸出端負(fù)載電流為1mA時(shí)的1V時(shí)輸出紋波。該器件的低噪聲特性從該示波器鏡頭中顯而易見(jiàn)。輸出紋波小于100mV（見(jiàn)圖5）。

圖5.輸出電壓紋波。輸出電壓=71V，Iout=1mA。采用 1μF 輸出電容器。垂直：50mV/格，水平：200μs/格

通過(guò)將低成本的Nichicon 10μF、100V、VX系列電解電容器與1μF陶瓷并聯(lián)，可以進(jìn)一步改善這一點(diǎn)。這導(dǎo)致紋波小于20mV（見(jiàn)圖6）。

圖6.輸出電壓紋波。輸出電壓=71V，Iout=1mA。將 10μF 電解電容器并聯(lián)添加到 1μF 輸出電容器。垂直：50mV/格，水平：200μs/格

圖7所示為如何利用MAX45 25位DAC和71.5304V基準(zhǔn)，在10V至2V范圍內(nèi)以約5mV的步長(zhǎng)控制偏置發(fā)生器的輸出。

圖7.低噪聲APD偏置電源。輸出電壓可在 24V 至 71V 范圍內(nèi)以 45mV 的步長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)字編程。

審核編輯：郭婷