限制光纖通信系統(tǒng)中功能的首要因素是可用空間。具有高度特征集成度的緊湊型APD（雪崩光電二極管）偏置解決方案是在系統(tǒng)尺寸和性能方面開辟新天地的關(guān)鍵。LT3571 采用纖巧型 3mm × 3mm QFN 封裝提供了這種解決方案。

LT3571 將一個(gè)電流模式升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高端固定壓降 APD 電流監(jiān)視器與一個(gè)集成的 75V 電源開關(guān)和肖特基二極管相結(jié)合。傳統(tǒng)電壓環(huán)路和獨(dú)特的電流環(huán)路相結(jié)合，使客戶能夠在任何給定偏置電壓下設(shè)置精確的APD電流限值。集成的高壓側(cè)電流監(jiān)視器提供與負(fù)載電流成比例的 8% 精度電流，因此可以通過(guò) CTRL 引腳調(diào)節(jié) APD 偏置電壓。這種功能豐富的器件可以生產(chǎn)單級(jí)升壓轉(zhuǎn)換器，以在僅60mm內(nèi)偏置高壓APD2.

低噪聲APD偏置電源

APD的增益取決于偏置電壓，因此偏置電源必須將開關(guān)穩(wěn)壓器和其他來(lái)源的噪聲污染降至最低。圖 1 示出了 LT3571 配置為為一個(gè)具有 45.2mA 負(fù)載電流能力的 5V APD 產(chǎn)生一個(gè)超低噪聲電源。MONIN電壓由內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和由R1和R2組成的電阻分壓器調(diào)節(jié)。電阻器 R意義選擇此選項(xiàng)可將 APD 電流限值設(shè)置為 200mV/1.2R意義– 0.2毫安

圖1.低噪聲APD偏置電源

CTRL引腳可以覆蓋內(nèi)部基準(zhǔn)，從而可以動(dòng)態(tài)優(yōu)化APD偏置，從而最大限度地提高接收器性能。

當(dāng) CTRL 引腳連接到高于 1V 的電源時(shí)，輸出電壓通過(guò) 1V 反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)到1V以下時(shí)，反饋和輸出電壓也相應(yīng)跟隨。

APD 引腳是電流監(jiān)視器的輸出，它為 APD 負(fù)載提供固定在 MONIN 引腳下方 5V 的電壓。LT3571 包括一個(gè)具有 200 倍衰減的精準(zhǔn)電流鏡。MON引腳上的比例電流輸出信號(hào)可用于準(zhǔn)確指示APD信號(hào)強(qiáng)度。APD引腳電壓的電壓變化在整個(gè)輸入電流范圍和整個(gè)溫度范圍內(nèi)僅為±2mV。圖<>顯示了此拓?fù)涞脑u(píng)估板。

圖2.LT3571 評(píng)估板

該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用多個(gè)濾波電容來(lái)實(shí)現(xiàn)超低噪聲性能。V處的電容器外引腳和APD引腳上的0.1μF電容可抑制開關(guān)噪聲。MONIN和FB引腳上的10nF前饋電容濾除高頻內(nèi)部基準(zhǔn)和誤差放大器噪聲。圖3顯示測(cè)得的開關(guān)噪聲小于500μVP–P負(fù)載電流為 1mA 時(shí)。這種極低的噪聲偏置電壓為APD提供了更高的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。

圖3.APD 引腳上的交流耦合噪聲紋波

快速 APD 電流監(jiān)控器瞬態(tài)響應(yīng)

現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作越來(lái)越關(guān)注10Gbits/s GPON系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求APD電流監(jiān)視器的瞬態(tài)響應(yīng)小于100ns，以實(shí)現(xiàn)二十倍頻數(shù)級(jí)的輸入電流階躍。為了滿足這一具有挑戰(zhàn)性的要求，許多設(shè)計(jì)人員依靠簡(jiǎn)單的分立式電流鏡拓?fù)鋪?lái)降低信號(hào)路徑上的寄生電容，從而犧牲監(jiān)視器精度和電路板空間。相比之下，LT3571 的 APD 電流監(jiān)視器經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，不僅能夠提供固定壓降和高準(zhǔn)確度，而且還提供所需的快速瞬態(tài)響應(yīng)。

圖4所示為快速響應(yīng)電流瞬變的緊湊型電路。與圖1所示的超低噪聲拓?fù)洳煌?，APD引腳上的濾波電容移至MONIN引腳。C2、C3 和 R意義形成一個(gè)π濾波器，將APD電流監(jiān)視器與高頻開關(guān)噪聲隔離開來(lái)。MON引腳上的電容也被移除，以減少測(cè)量路徑上的瞬態(tài)延遲。

圖4.具有超快電流監(jiān)控瞬態(tài)速度的APD偏置電源

瞬態(tài)速度的測(cè)量方法與凌力爾特設(shè)計(jì)說(shuō)明 447“適用于 10GBit/s GPON 系統(tǒng)的完整緊湊型 APD 偏置解決方案”中所述的技術(shù)相同。圖5和圖6分別顯示了測(cè)量的輸入信號(hào)下降瞬態(tài)響應(yīng)和輸入信號(hào)上升瞬態(tài)響應(yīng)，其中輸入電流電平為10μA和1mA。請(qǐng)注意，測(cè)量中存在反轉(zhuǎn)和直流偏移。測(cè)量顯示瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于100ns，完全符合10Gbits/s GPON系統(tǒng)的嚴(yán)格速度要求。

圖6.輸入信號(hào)上升沿的瞬態(tài)響應(yīng) （10μA 至 1mA）

APD 偏置電壓溫度補(bǔ)償

通常，APD反向偏置電壓設(shè)計(jì)為補(bǔ)償性正溫度系數(shù)。這可以通過(guò) LT3571 的 CTRL 引腳輕松實(shí)現(xiàn)，這是一種比典型的微處理器控制方法更簡(jiǎn)單、成本更低的解決方案。

最簡(jiǎn)單的方案使用V的電阻分壓器裁判引腳連接到 CTRL 引腳，其中分壓器中的頂部電阻是 NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但受到NTC電阻的非線性溫度系數(shù)的影響。更精確的方法使用晶體管網(wǎng)絡(luò)，如圖7所示。CTRL引腳電壓的PTC（正溫度系數(shù)）由Q1和V的發(fā)射極跟隨器實(shí)現(xiàn)是Q2的乘數(shù)。

圖7.溫度補(bǔ)償 APD 電源

若：

和

則 CTRL 引腳電壓為

跟

給定 V外在房間和 dV外/DT，R1/R2 和 R8/R7 可以計(jì)算如下

選擇電阻R5–R9以使I（Q1） = I（Q2） ≈10μA，并且

使用LTspice進(jìn)行仿真總是提供一個(gè)良好的起點(diǎn)。圖7所示電路設(shè)計(jì)為V電壓APD= 50V （V外= 55V）在房間和dVAPD/dT = 100mV/°C （dV外/dT = 100mV/°C）。測(cè)得的溫度響應(yīng)如圖8所示，非常接近設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖8.圖7所示電路的溫度響應(yīng)

結(jié)論

LT?3571 是一款高度集成、緊湊的解決方案，用于 APD 偏置電源設(shè)計(jì)。它提供了有用的功能集和靈活性，可滿足各種具有挑戰(zhàn)性的要求，例如低噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)速度和溫度補(bǔ)償。憑借高集成度和卓越的性能，LT3571 是 APD 偏置電源設(shè)計(jì)的自然選擇。

審核編輯：郭婷