基于ADN8831的光器件溫度控制中的應用介紹

光通信系統中大多數器件如TOF、陣列波導光柵（AWG）、 摻鉺光纖放大器（EDFA）、激光器對溫度都是很敏感的。好的溫度穩定性不僅能帶來各器件光學參數的穩定輸出，同時也會提高整個通信系統的性能和可靠性。溫度的變化雖然給我們的設計來不利因素，但同時在設計過程中也可以利用器件的溫度特性。因此溫度控制是光系統設計時一項重要的任務。本文從溫度穩定性和溫度有效性方面介紹了ADN8831在TOF、TDC溫度控制中的應用，結果表明其控制精度滿足光器件設計過程中對溫度控制的要求。

　　1.溫度控制原理

1.1 熱電制冷器

　　熱電制冷器（Thermoelectric Cooler, TEC）利用的是固體的熱電效應。相比其它的制冷技術TEC有如下優點：結構簡單、體積小、啟動快、控制靈活、操作具有可逆性等，因此TEC在光器件溫度控制的系統設計中得到了充分的應用，特別是在器件工作溫度范圍比較寬的情況下它的優勢更加明顯。

　　熱電制冷器是由一系列P型N型半導體構成的電偶對串聯而成，由于帕爾帖效應，在電偶對形成的閉合回路中通以直流電流時，在其兩端的節點處將分別產生吸熱和放熱現象。如圖1所示，每個電偶的熱效應是互相獨立的，因此在熱量的方向上它們是并行的，這樣TEC的熱轉移效率得到了很大的提高。TEC有兩個端面，當在TEC兩端加電壓的時候，電流就沿著某一方向流過TEC，此時TEC的一端（熱端）被加熱，另一端（冷端）被制冷，當電流反向時，TEC熱量轉移的方向將會發生變化，原來熱端變成冷端，冷端變成熱端。通常將需要控制溫度的目標物體放置在TEC的冷端，散熱片放置在TEC的熱端，改變通過TEC的電流方向來加熱或者制冷目標物體。通過TEC的電流越大，TEC兩端的熱量轉移越多，當電流達到某一值時，冷端放出的熱量等于熱端吸收的熱量，此時冷端的溫度停止變化，目標物體的溫度達到穩定。

圖1，TEC結構圖

　　1.2 溫度控制原理

　　TEC控制器采用的是ADI公司的溫度控制芯片ADN8831。TEC控制的整個流程，如圖2所示。

　　圖2，TEC控制的框圖

　　第一部分是溫度傳感。它的作用是反饋目標物體的溫度，為了提高溫度的準確性和穩定性，熱敏電阻應盡可能地靠近目標物體。本系統采用的是負溫度系數的熱敏電阻，阻值隨著溫度的升高而變小。溫度—電壓的轉換電路，如圖3所示，感應的目標溫度與輸出電壓成正比關系。

　　 （1）

　　定義溫度下限Tlow時Vtempout=0V，中間值TMID時Vtempout=VREF/2，上限THIGH時Vtempout=VREF，這樣就可以通過改變R1,R2,R3的值來設定溫度控制的范圍。

　　圖3,溫度電壓轉換電話和硬件PID控制電路