本文描述并分析了三種可對MAX3740A激光器驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精確激光功率控制的電路。介紹了每種電路的原理圖、仿真結(jié)果，及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

MAX3740A VCSEL激光驅(qū)動(dòng)器的輸出功率等級(jí)可用軟件控制。這可通過其與DS1859數(shù)字電位器配合使用實(shí)現(xiàn)，但需要很高的技巧。本文介紹了設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)，給出了兩種利用DS1859和一個(gè)分立電阻控制輸出功率的方案(方案#1和方案#2)，和一個(gè)使用單個(gè)運(yùn)放解決所有分立元件方案缺點(diǎn)的新方案(方案#3)。同時(shí)還給出了每種方案中光電二極管電流和電位器電壓關(guān)系的仿真結(jié)果。最后總結(jié)了每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

對于一個(gè)特定應(yīng)用而言，最佳電路取決于設(shè)計(jì)者的需求。設(shè)計(jì)中需要考慮的內(nèi)容包括滿足激光功率等級(jí)要求的光電二極管電流，調(diào)節(jié)范圍，以及所需的分辨率。設(shè)計(jì)者可以利用本文的信息來確定一個(gè)特定應(yīng)用的最佳方案。

挑戰(zhàn)

MAX3740A數(shù)據(jù)資料要求在基準(zhǔn)引腳(REF)和功率監(jiān)測光電二極管(MD)之間連接一個(gè)電阻來設(shè)置光電二極管電流。功率控制環(huán)路根據(jù)此光電二極管電流控制激光二極管輸出強(qiáng)度，以滿足平均光功率的要求。問題在于MD的標(biāo)稱電壓為1.6V，而REF標(biāo)稱電壓為1.8V。電阻兩端僅有0.2V來設(shè)置光電二極管電流。類似DS1859這樣的數(shù)字電位器所能達(dá)到的最小電阻為1K。對應(yīng)最大電流為200μA。你可以使用一個(gè)固定電阻來增加電流，但無法解決大電流時(shí)有限的調(diào)節(jié)范圍，非線性，以及較差的分辨率。

使用DS1859的另一個(gè)挑戰(zhàn)在于，MAX3740A的MD和REF引腳間的電壓變化范圍很大。雖然兩點(diǎn)間的差值穩(wěn)定在0.2V，但共模電壓變化范圍可達(dá)±0.5V。MD對地電壓較大的變化意味著利用其對地之間電阻定義的電流也會(huì)有同樣大的變化。

方案#1

此方案中，DS1859可變電阻和一個(gè)806Ω的固定電阻并聯(lián)到REF和MD之間，見圖1。固定電阻電流為0.2V/806 = 248μA，可變電阻的電流變化范圍為0.2V/50K (DS1859最大值) = 4μA至0.2V/1K (DS1859最小值) = 200μA。固定電阻和可變電阻的電流和決定流經(jīng)光電二極管的電流。這種方法能夠在低電流時(shí)提供高分辨率的非線性響應(yīng)。而且不受MD電壓變化的影響。

圖1. 方案#1的原理圖

圖2. 方案#1的仿真結(jié)果(X軸為以Ω表示的DS1859電阻值)

圖3. 對方案#1的總結(jié)

方案#2

在此方案中，DS1859連接在MD和地之間，一個(gè)243Ω的固定電阻置于REF和MD之間，見圖4。固定電阻的電流為0.2V/243 = 823μA。可變電阻的電流變化范圍為：1.6V (MD標(biāo)稱電壓)/50K (DS1859最大值) = 32μA至1.6V (MD標(biāo)稱電壓)/1K (DS1859最小值) = 1600μA。光電二極管的電流等于固定電阻的電流減去可變電阻的電流。這一方法在高電流時(shí)提供了較高的分辨率。但電流值強(qiáng)烈依賴于MD的電壓變化。注意光電二極管電流在可變電阻值較低時(shí)可能出現(xiàn)負(fù)值。圖5為當(dāng)MD和REF值在±5V范圍內(nèi)變化時(shí)光電二極管電流的變化。

圖4. 方案#2的原理圖

圖5. 方案#2中MD和REF值在±0.5V范圍內(nèi)變化時(shí)的仿真結(jié)果(X軸為以Ω表示的DS1859電阻值)

圖6. 對方案#2的總結(jié)

方案#3

此方案使用一個(gè)小外形(SC70封裝)的運(yùn)放，MAX4245，連接到REF和MD引腳之間，見圖7。使用與DS1859和MAX3740A相同的電源時(shí)，運(yùn)放輸出電壓VO，與MD、REF - MD值，以及DS1859阻值成比例。這使得經(jīng)過R2的電流與VO與MD的電壓差值成比例。從而抵消掉MD引腳電壓變化帶來的影響，經(jīng)過R2的電流僅依賴于REF - MD，一個(gè)穩(wěn)定的0.2V，以及DS1859的阻值。經(jīng)過光電二極管的電流等于經(jīng)過R1的電流(803μA) + 經(jīng)過R2的電流。光電二極管電流是電位器阻值的線性函數(shù)。此電路可以使用任意阻值的電位器，并可提供任意范圍的電流。唯一的限制是運(yùn)放MAX4245的電流驅(qū)動(dòng)能力。

運(yùn)放輸出電壓(VO)可通過下面的公式計(jì)算得出。請確認(rèn)VO電壓不超過運(yùn)放的最大輸出擺幅。

VO = REF × - (DS1859/R3) + MD × (1 + DS1859/R3)

VO = -REF × DS1859/R3 + MD + MD × DS1859/R3

VO = MD + (MD - REF) × DS1859/R3

VO = MD - 0.2V × DS1859/R3

VO = 1.0V (最小) - 0.2V × 1K (DS1859最小)/10K = 0.98V

VO = 1.0V (最小) - 0.2V × 50K (DS1859最大)/10K = 0V

VO = 2.0V (最大) - 0.2V × 1K (DS1859最小)/10K = 1.98V

VO = 2.0V (最大) - 0.2V × 50K (DS1859最大)/10K = 1.0V

經(jīng)過R2的電流值可通過下面的公式計(jì)算得出：

I(R2) = (VO - MD)/R2

I(R2) = VO/R2 - MD/R2

I(R2) = (MD - 0.2V × DS1859/R3)/R2 - MD/R2

I(R2) = MD/R2 - 0.2V × DS1859/R2 × R3 - MD/R2

I(R2) = -0.2V × DS1859/R2 × R3

I(R2) = -DS1859/62,000,000

I(R2) = -1K(DS1859最小)/62,000,000 = -16μA

I(R2) = -50K(DS1859最大)/62,000,000 = -806μA

圖7. 方案#3的原理圖

圖8. 方案#3的仿真結(jié)果(X軸為以Ω表示的DS1859電阻值

圖9. 對方案#3的總結(jié)

總結(jié)

本文介紹了三種用來控制MAX3740A激光驅(qū)動(dòng)器功率等級(jí)的方案。方案#1和#2非常簡單，但是用降低性能換取的。方案#3通過增加了一個(gè)運(yùn)放獲得了非常好的線性控制，而且對器件的變化不敏感。設(shè)計(jì)者都可以根據(jù)自己的需要挑選最佳的方案。

審核編輯：郭婷