1 引言

目前，雪崩光電二極管(apd)作為一種高靈敏、能精確接收數(shù)據(jù)和測量光功率的光探測器件廣泛應(yīng)用于光纖傳感、光纖通信網(wǎng)絡(luò)中。它借助于內(nèi)部強(qiáng)電場作用產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)，具有極高的內(nèi)部增益(可達(dá)102～104量級)。然而，apd隨溫漂的變化嚴(yán)重影響其增益的穩(wěn)定性．甚至引起測量精度的惡化。理論上可以證明apd的增益是其偏壓v和溫度t的函數(shù)，二者共同決定apd工作時的增益，而且在維持apd增益比較恒定的條件下，其偏壓和溫度之間存在一定的關(guān)系。因此�？梢钥刂芶pd的偏壓使之隨溫度按一定的規(guī)律改變。這樣就可以維持apd增益基本恒定，保證其正常工作。這就是對apd溫度漂移的偏壓補(bǔ)償原理。

由此可知．施加在apd上的偏置電壓必須能夠精確受控是保證光纖系統(tǒng)性能的首要要求。本文針對該要求。采用adl5317器件。給出了一種具有高精度、寬動態(tài)范圍的apd偏壓控制／光功率監(jiān)測功能的核心電路。

2 引腳排列及功能

adl5317是adi公司率先在業(yè)界推出的一款片上集成雪崩光電二極管(apd)偏置電壓控制和光
電流監(jiān)測功能的器件。

adl5317的主要特性如下：

通過3 v線性偏置控制電路，在6 v～75 v范圍內(nèi)精確設(shè)置雪崩二極管(apd)偏置電壓；

在106范圍(5 na一5 ma)內(nèi)以5：1的比率監(jiān)測光電流，其線性誤差僅為0．5％；

允許使用固定的高電壓轉(zhuǎn)換電路，降低傳統(tǒng)apd偏置設(shè)計(jì)中對電源解耦和低通濾波的要求；

過流保護(hù)和過熱保護(hù)。

adl5317采用3 mm*3 mm的16引腳lfcsp封裝，其引腳排列如圖1所示。各引腳功能描述如
表1所列。

3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

adl5317的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其內(nèi)部包括電流監(jiān)測電路、偏置控制電路、gard電路、vclh
電路、過流和過熱保護(hù)電路。
3．1 電流監(jiān)測電路

adl5317的核心部分是一個具有電壓跟隨性質(zhì)的精密電流衰減電路，為監(jiān)測電路輸入端提供精確偏置。該電路采用了結(jié)型場效應(yīng)管輸入形式的放大器．驅(qū)動監(jiān)測電路的兩極，同時保持vapd端電壓的穩(wěn)定度及非常低的漏電流。該監(jiān)測電路將流經(jīng)vapd端的光電流衰減至其1／5，然后傳送至apd光電流監(jiān)測輸出端(ipdm)。在apd偏置電壓范圍內(nèi)，監(jiān)測電流與apd光電流之間都保持極高的線性度。

3．2偏置控制電路

vapd端與vset端通過一個運(yùn)算放大器相連，在線性工作模式下，兩者電壓之間存在一個簡
單的關(guān)系：


同時vapd端電壓調(diào)節(jié)范圍與高電壓電源端vphv之間存在以下關(guān)系：

3．3 gard電路

gard電路主要用來屏蔽vapd線路不受漏電流的影響，以及濾除偏置控制電路的噪聲。gard電路由vset端運(yùn)算放大器通過一個20 k歐姆的電阻進(jìn)行驅(qū)動。該電阻與gard端外接電容構(gòu)成rc網(wǎng)絡(luò)，用于濾除運(yùn)算放大器反饋網(wǎng)絡(luò)的熱噪聲。

gard電路的噪聲和小信號的截止頻率定義如下：


其中：f3db是內(nèi)部電阻20 k歐姆和外接電容cgrd構(gòu)成的低通濾波器的截止頻率；cgrd是gard端至地的濾波電容。

cgrd的容值越大(最大約0．01μf)，adl5317在最低輸入電流處的噪聲抑制性能越好，但是同時會延緩對vset端電壓變換的響應(yīng)時間。

3．4 vclh電路

高電壓箝制電路(vclh)是用于限制apd偏置電壓不能超過vclh端電壓。其內(nèi)部通過一只25
k歐姆電阻將電位設(shè)置在相對于vphv始終低2．0 v處，并不受溫度影響。

在線性模式下，vclh端與vphv端連接，可擴(kuò)展線性工作范圍(上限高達(dá)vphv-1．5 v)。在電源跟隨模式下，vclh端則必須置空。 3．5 過流和過溫保護(hù)電路

falt是集電極開路邏輯輸出端(低電平有效)，用于警示是否有過流或過熱狀況出現(xiàn)。

當(dāng)流經(jīng)apd的光電流超過18 ma時，falt將報(bào)警，并將電流監(jiān)測電路關(guān)閉，以降低apd的電流和偏壓。直到光電流下降到vset運(yùn)算放大器的電流限定值(約2．5 ma)以下時，電流監(jiān)測電路將會重新工作，vapd端電壓恢復(fù)到其正常工作水平。

當(dāng)adl5317溫度超過140℃時。電流監(jiān)測電路會停止工作，導(dǎo)致vapd降低，falt將報(bào)警。這個保護(hù)模式將會持續(xù)到過熱狀況被排除為止。

4 apd偏壓控制／光功率監(jiān)測電路

基于adl5317的apd偏壓控制／光功