一种高精度、宽动态范围的APD偏压控制／光功率监测威廉希尔官方网站 设计

1 引言

       本文针对该要求。采用ADL5317器件。给出了一种具有高精度、宽动态范围的APD偏压控制／光功率监测功能的核心威廉希尔官方网站 。

2 引脚排列及功能

ADL5317是ADI公司率先在业界推出的一款片上集成雪崩光电二极管(APD)偏置电压控制和光
电流监测功能的器件。

ADL5317的主要特性如下：

通过3 V线性偏置控制威廉希尔官方网站 ，在6 V～75 V范围内精确设置雪崩二极管(APD)偏置电压；

在106范围(5 nA一5 mA)内以5：1的比率监测光电流，其线性误差仅为0．5％；

允许使用固定的高电压转换威廉希尔官方网站 ，降低传统APD偏置设计中对电源解耦和低通滤波的要求；

过流保护和过热保护。

ADL5317采用3 mm*3 mm的16引脚LFCSP封装，其引脚排列如图1所示。各引脚功能描述如
表1所列。

 

3 内部结构及工作原理

ADL5317的内部结构如图2所示。其内部包括电流监测威廉希尔官方网站 、偏置控制威廉希尔官方网站 、GARD威廉希尔官方网站 、VCLH威廉希尔官方网站 、过流和过热保护威廉希尔官方网站 。

3．1 电流监测威廉希尔官方网站

ADL5317的核心部分是一个具有电压跟随性质的精密电流衰减威廉希尔官方网站 ，为监测威廉希尔官方网站 输入端提供精确偏置。该威廉希尔官方网站 采用了结型场效应管输入形式的放大器．驱动监测威廉希尔官方网站 的两极，同时保持VAPD端电压的稳定度及非常低的漏电流。该监测威廉希尔官方网站 将流经VAPD端的光电流衰减至其1／5，然后传送至APD光电流监测输出端(IPDM)。在APD偏置电压范围内，监测电流与APD光电流之间都保持极高的线性度。

3．2偏置控制威廉希尔官方网站

VAPD端与VSET端通过一个运算放大器相连，在线性工作模式下，两者电压之间存在一个简单的关系：


同时VAPD端电压调节范围与高电压电源端VPHV之间存在以下关系：



3．3 GARD威廉希尔官方网站

GARD威廉希尔官方网站 主要用来屏蔽VAPD线路不受漏电流的影响，以及滤除偏置控制威廉希尔官方网站 的噪声。GARD威廉希尔官方网站 由VSET端运算放大器通过一个20 k欧姆的电阻进行驱动。该电阻与GARD端外接电容构成RC网络，用于滤除运算放大器反馈网络的热噪声。

GARD威廉希尔官方网站 的噪声和小信号的截止频率定义如下：


其中：f3dB是内部电阻20 k欧姆和外接电容CGRD构成的低通滤波器的截止频率；CGRD是GARD端至地的滤波电容。

CGRD的容值越大(最大约0．01μF)，ADL5317在最低输入电流处的噪声抑制性能越好，但是同时会延缓对VSET端电压变换的响应时间。

3．4 VCLH威廉希尔官方网站

高电压箝制威廉希尔官方网站 (VCLH)是用于限制APD偏置电压不能超过VCLH端电压。其内部通过一只25k欧姆电阻将电位设置在相对于VPHV始终低2．0 V处，并不受温度影响。

在线性模式下，VCLH端与VPHV端连接，可扩展线性工作范围(上限高达VPHV-1．5 V)。在电源跟随模式下，VCLH端则必须置空。

3．5 过流和过温保护威廉希尔官方网站

FALT是集电极开路逻辑输出端(低电平有效)，用于警示是否有过流或过热状况出现。

当流经APD的光电流超过18 mA时，FALT将报警，并将电流监测威廉希尔官方网站 关闭，以降低APD的电流和偏压。直到光电流下降到VSET运算放大器的电流限定值(约2．5 mA)以下时，电流监测威廉希尔官方网站 将会重新工作，VAPD端电压恢复到其正常工作水平。

当ADL5317温度超过140℃时。电流监测威廉希尔官方网站 会停止工作，导致VAPD降低，FALT将报警。这个保护模式将会持续到过热状况被排除为止。

4 APD偏压控制／光功率监测威廉希尔官方网站

基于ADL5317的APD偏压控制／光功率监测功能的核心威廉希尔官方网站 如图3所示。

在该威廉希尔官方网站 中，ADL5317处于线性工作模式。采用温度传感器来监测APD的环境温度，通过改变VSET端电压控制APD偏置电压(VAPD=30×VSET)，保证APD具有适当的雪崩倍增因子。

IPDM端连接跨导线性对数运算放大器AD8305，加宽了对输入光功率的动态范围测量。消除了动态范围的限制，从而解决了锁相放大器的电流敏感问题。

APD的阳极可直接连接跨阻运算放大器，以提取数据流，而无需单独引出线路监测光功率。

5 结束语

下一代高速光纤传感、光纤通信网络需要APD，以实现精确的数据传输和较低的比特误差率。

而对APD偏置电压的精确控制．是系统成功运行的关键。基于ADL5317的APD偏压控制／光功率监测威廉希尔官方网站 具有结构简单、输出精确可调、可监测光功率等特点，并具有优良的性能和广泛的应用前景。