HFAN-03.1.1： 數(shù)字可編程低噪聲雪崩光電探測器（APD）偏置電路

描述了一種電路來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單升壓轉換器采用 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 開關轉換可提供低噪聲輸出。

雪崩光電二極管檢測器（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?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 會導致輸出電壓從 71V 更改為 24.7V。

該器件的開關時間被有意減慢，以減少其他類似器件中存在的高頻尖峰。MAX5026的內部開關頻率為500kHz。內部橫向DMOS開關器件的絕對最大額定值為40V，與C3、D2、D3和C4形成的外部倍壓器網(wǎng)絡一起，輸出電壓可達71V。

倍頻器電路在穩(wěn)態(tài)下的工作如下：當LX引腳為低電平（內部DMOS導通）時，電容C2在“導通時間”期間將電荷轉移到C3，同時電感L1正在充電。當內部DMOS關斷時，電感內置的電流會同時偏置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，能夠在71V輸出時提供超過5mA的輸出電流。圖2顯示了三種輸出電壓設置下的輸出負載調整率。圖3顯示了相對于控制輸入端控制電壓的輸出電壓調整范圍。圖4顯示了三種輸出電壓設置的效率曲線。

圖2.輸出電壓調節(jié)與輸出電流的關系，用于三種輸出電壓設置 25V、50V 和 71V。

圖3.測量的輸出電壓與控制輸入電壓的關系。

圖4.效率曲線。

圖5顯示了采用71μF陶瓷旁路電容時輸出端負載電流為1mA時的1V時輸出紋波。該器件的低噪聲特性從該示波器鏡頭中顯而易見。輸出紋波小于100mV（見圖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)，可以進一步改善這一點。這導致紋波小于20mV（見圖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，在10V至2V范圍內以約5mV的步長控制偏置發(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 范圍內以 45mV 的步長進行數(shù)字編程。

審核編輯：郭婷