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1 ADL5310的主要特點 ADL5310是美國ADI公司生產的具有兩個獨立通道的雙對數變換器｡它具有對光電轉換的最優化接口和溫度特性穩定的對數輸出,同時帶有可由用戶配置的輸出緩沖放大器,其對數轉換傳遞函數的斜率和截距均可由用戶通過外部電阻來進行調整｡可廣泛用于增益與吸光度測量､多通道電源監測､通用基帶對數壓縮等方面｡ ADL5310具有兩個獨立的,可各自配置傳遞函數常量(對數斜率和截距)的信號通道,為了降低功耗和提高通道間的匹配,其內部偏置電路是兩通道公用的,相當于兩個拓展了動態范圍(120dB)的AD8305｡ ADL5310利用二極管基射極電壓與集電極電流之間精確的對數關系為光電轉換提供了一個非常理想的線性傳輸結構,其對數傳遞函數的斜率在初始時被設定為10mV/dB(200mV/dec),不過也可由外部電阻和獨立緩沖放大器進行調整｡每個通道的傳遞函數的截距可由各自的參考電流定義,參考電流在初始時一般通過連接在VREF (2.5V)引腳和IRF1(IRF2)引腳間的電阻將其輸入最大值設置為3μA,而將VRDZ引腳連到VREF引腳可有效地將X軸截距設置為參考電流的1/10000,一般參考電流為3μA時,截距為300pA｡ 在測量增益或吸收系數時,若兩個通道的輸入電流范圍不一樣,ADL5310可采用兩通道獨立的參考電流｡ADL5310的參考電流允許輸入幅值也是該電路的整個動態輸入范圍,而且參考輸入電流可以作為分母參與對數運算｡ADL5310的工作溫度范圍為-40℃~+85℃｡它由高精度電流發生器提供合適的偏置電流以補償二極管固有的溫度影響｡ ADL5310在光學通訊系統的光源檢測上有著廣泛的應用,如激光控制電路､光學轉換器､衰減器､放大器以及系統監測等｡ 2 ADL5310的引腳功能 ADL5310的引腳排列如圖1所示,引腳功能如下: VSUM:保護引腳,用來保護INP1和INP2的輸入電流,而且用于自動調整輸入總節點的電壓; INP1､INP2:通道1､2的分子輸入,光電二級管電流IPD1､IPD2由此流入,通常連到光電二極管的正極; IRF1､IRF2:通道1､2的分母輸入,參考電流IRF1､IRF2由此流入; VREF:2.5V的參考輸出電壓; VPOS:正電源,VP-VN≤12V; VNEG:可調負電源,此引腳常常接地; OUT1､OUT2:通道1､2 的緩沖輸出; SCL1､SCL2:通道1､2 的緩沖放大轉換輸入; BIN1､BIN2:通道1､2 的緩沖放大非轉換輸入; LOG1､LOG2:通道1､2 的對數前置放大輸出; COMM:模擬地; VRDZ:截距轉化參考輸入,通常情況下接至VREF,當提供單極輸入時也可接地｡ 3 ADL5310的主要結構 ADL5310可為光纖管理系統提供非常方便的接口方式,同時它也可以應用于非光纖系統｡圖2為獨立在線放大器的主要原理結構｡圖中,二級管的電流IPD流經INP1(INP2),該節點的電壓近似等于臨近保護引腳的電壓VSUM,也就是參考輸入IRF1(IRF2)的電壓,它是由JEFT型運放的微小失調電壓產生的｡晶體管Q1可將電流IPD轉化成相應的對數電流｡一般在單電源供電情況下,應接一個有限的正電壓VSUM來偏置Q1的集電極,在ADL5310中,VSUM被內置為0.5V(VREF引腳參考電壓2.5V的1/5)｡ 4 應用分析 4.1 噪聲分析 在估計截距穩定性的時候,應將IRF1(IRF2)的任何溫度變化都考慮進去｡而且如果IRF1(IRF2)的值很小,溫度引起的整體噪聲就會增加｡在固定截距應用時(電路如圖3所示),不要使用大的參考電流,以免在單電源供電情況下壓縮小電流的動態截止范圍｡不過有必要在VSUM與地之間加上電容,這樣可減小這一點的噪聲,同時減小通道之間的交互影響,協助提供整個參考電流｡ 另外,任一個輸入端和參考端(INP1､INP2,IRF1､IRF2)都應有一個由電阻和電容構成的補償網絡｡發光二極管的連接電容和輸入系統的網絡電容在傳遞函數中會構成一個很大的隨輸入電流變化的極點｡RC網絡以一定頻率同步可減小這個極點,同時插入一個零點也可以補償輸入系統的另一個固有極點以穩定整個系統｡一般來講,1nF和1kΩ的阻容網絡適用于任意的光電二極管接口｡然而如果使用更大動態范圍的光電二極管,或用于輸入路徑很長的時候,就需要換用更大的電容以確保系統穩定｡在IRF1(IRF2)和地之間需要接入4.7nF和2kΩ的濾波器件｡在要求苛刻的地方(比如補償網絡),還要用到溫度穩定器件,Y5V型片狀電容由于溫度穩定性不高應該避免使用｡ 連接引腳LOG1(LOG2)和地的可調電容與引腳處的5kΩ電阻構成了一個單極點低通濾波器,當IPD很小時,該濾波器有益于抑制輸出噪聲,而多極點濾波器在抑制總體噪聲方面效果會更好｡ 4.2 最小串擾 將兩個大動態范圍的對數轉換器集成在一個IC芯片上的同時也帶來了通道間需要相互隔離的潛在問題｡為了將串擾控制在可接受的范圍內,應采用嚴格的電源旁路(保證整個系統的穩定性也需要這個)和細心的版面布局｡ 雖然偏置保護電路可增進通道間的匹配,減小電源功耗,但它卻是必須要減小的串擾源｡由于VSUM是兩個輸入系統共有的電壓參考值,所以在該引腳與地間至少連接1nF電容才可以達到旁路效果,而在低電流(小于30nA)時,則需要20nF的電容｡這樣,VSUM引腳在輸入帶寬之內的干擾將被反饋回路所控制,而不會在輸出端產生擾動(IRF1和IRF2引腳電壓變化引起的參考電流的微小波動除外)｡ 在小電流時,要是沒有帶寬限制,初始電流就會有損耗｡所以,VSUM(具有一個典型的16kΩ源電阻)處的極點頻率必須設置為低于可能遇到的最小電流輸入時系統的最小帶寬,VSUM引腳處的低頻噪聲也應 同樣得到帶寬范圍內反饋回路的跟蹤控制,以減小由于VSUM處16kΩ源電阻的熱噪聲而引起的輸出擾動｡而VSUM引腳由一個10nF的電容(兩個20nF電容并聯)和16kΩ源電阻構成一個500Hz的極點,其極點頻率遠遠小于最小輸入電壓3nA時的帶寬｡ 5 兩點校準 ADL5310的每一個通道都具有自己獨立的斜率和截距,在LOG1(LOG2)處為200mV/decade?300pA｡這個值并不是最后固定的,其斜率受溫度影響所發生變化可達7.5%｡對此,推薦使用一個簡單的校正以達到提高精度的目的｡如果隨機選擇一對AD8305對數運算放大器,那么要達到要求精度,就必須對各自通道分別校準,而選用ADL5310則完全提高了兩通道間斜率與截距的匹配而無需再校準｡ |
