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 將一個電流模式升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和一個高端固定壓降 APD 電流監(jiān)視器與一個集成的 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)視器提供與負載電流成比例的 8% 精度電流，因此可以通過 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)壓器和其他來源的噪聲污染降至最低。圖 1 示出了 LT3571 配置為為一個具有 45.2mA 負載電流能力的 5V APD 產(chǎn)生一個超低噪聲電源。MONIN電壓由內(nèi)部基準電壓源和由R1和R2組成的電阻分壓器調(diào)節(jié)。電阻器 R意義選擇此選項可將 APD 電流限值設置為 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，從而可以動態(tài)優(yōu)化APD偏置，從而最大限度地提高接收器性能。

當 CTRL 引腳連接到高于 1V 的電源時，輸出電壓通過 1V 反饋進行調(diào)節(jié)。當驅(qū)動到1V以下時，反饋和輸出電壓也相應跟隨。

APD 引腳是電流監(jiān)視器的輸出，它為 APD 負載提供固定在 MONIN 引腳下方 5V 的電壓。LT3571 包括一個具有 200 倍衰減的精準電流鏡。MON引腳上的比例電流輸出信號可用于準確指示APD信號強度。APD引腳電壓的電壓變化在整個輸入電流范圍和整個溫度范圍內(nèi)僅為±2mV。圖<>顯示了此拓撲的評估板。

圖2.LT3571 評估板

該拓撲結(jié)構(gòu)使用多個濾波電容來實現(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)部基準和誤差放大器噪聲。圖3顯示測得的開關(guān)噪聲小于500μVP–P負載電流為 1mA 時。這種極低的噪聲偏置電壓為APD提供了更高的靈敏度和動態(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

現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設計工作越來越關(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)響應小于100ns，以實現(xiàn)二十倍頻數(shù)級的輸入電流階躍。為了滿足這一具有挑戰(zhàn)性的要求，許多設計人員依靠簡單的分立式電流鏡拓撲來降低信號路徑上的寄生電容，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)過精心設計，不僅能夠提供固定壓降和高準確度，而且還提供所需的快速瞬態(tài)響應。

圖4所示為快速響應電流瞬變的緊湊型電路。與圖1所示的超低噪聲拓撲不同，APD引腳上的濾波電容移至MONIN引腳。C2、C3 和 R意義形成一個π濾波器，將APD電流監(jiān)視器與高頻開關(guān)噪聲隔離開來。MON引腳上的電容也被移除，以減少測量路徑上的瞬態(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)速度的測量方法與凌力爾特設計說明 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分別顯示了測量的輸入信號下降瞬態(tài)響應和輸入信號上升瞬態(tài)響應，其中輸入電流電平為10μA和1mA。請注意，測量中存在反轉(zhuǎn)和直流偏移。測量顯示瞬態(tài)響應時間小于100ns，完全符合10Gbits/s GPON系統(tǒng)的嚴格速度要求。

圖6.輸入信號上升沿的瞬態(tài)響應 （10μA 至 1mA）

APD 偏置電壓溫度補償

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

最簡單的方案使用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（負溫度系數(shù)）電阻。這種方法雖然簡單，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，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)射極跟隨器實現(xiàn)是Q2的乘數(shù)。

圖7.溫度補償 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 可以計算如下

選擇電阻R5–R9以使I（Q1） = I（Q2） ≈10μA，并且

使用LTspice進行仿真總是提供一個良好的起點。圖7所示電路設計為V電壓APD= 50V （V外= 55V）在房間和dVAPD/dT = 100mV/°C （dV外/dT = 100mV/°C）。測得的溫度響應如圖8所示，非常接近設計目標。

圖8.圖7所示電路的溫度響應

結(jié)論

LT?3571 是一款高度集成、緊湊的解決方案，用于 APD 偏置電源設計。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)響應速度和溫度補償。憑借高集成度和卓越的性能，LT3571 是 APD 偏置電源設計的自然選擇。

審核編輯：郭婷