反向模式下構建電流源驅動器的優化設計

電路功能與優勢

本電路提供一種用于LED的低噪聲、單電源電流驅動器.所選的每個器件均采用3.0V單電源供電,與此同時,保持極低的峰峰值噪聲.該信號鏈針對低功耗、低噪聲光通信和醫療應用進行了優化.

在典型的脈搏血氧儀應用中,LED接收到脈沖信號后,從高電流電平(如3/4量程)變為低電流電平(如1/4量程).這些脈沖的導通時間通常只有數百微秒.導通期間疊加于LED亮度水平上的峰峰值1/f噪聲,會影響整體測量的精度.電流輸出DAC的R-2R本身具有0.1Hz至10Hz低噪聲,即梯形電阻的阻性噪聲.將1.25V電壓施加于IOUT引腳時,滿量程碼對應的VREF引腳上的電壓為1.25 V,而零電平碼對應的VREF引腳上的電壓為0V.

在這個信號鏈中,保持低噪聲的關鍵在于基準電壓源ADR127,其0.1Hz至10Hz噪聲僅為9μV峰峰值.此外,AD8655是業界噪聲最低的精密CMOS放大器(1.23μV峰峰值).因此,整個電路的0.1Hz至10Hz典型噪聲僅為14.7μV峰值.

電路描述

圖1中的信號鏈顯示,電流輸出DAC AD5452在反向(電壓切換)模式下工作,用來控制LED的亮度.關于反向模式的描述詳見AD5452數據手冊.在反向模式下,該器件可以接受1.25V低噪聲正基準電壓輸入,并提供1.25 V–1 LSB正滿量程輸出.ADR127是一款低噪聲、1.25V輸出精密LDO,可提供此低電壓,其高輸出電流和低靜態電流特性特別適合手持式醫療設備應用.

圖1.低噪聲LED驅動器(原理示意圖:未顯示所有連接)

12位AD5452 DAC產生的電壓驅動運算放大器的同相輸入端.此電壓也出現在電阻R1上(它應是一個高精度電阻),并產生雙極性晶體管的集電極所需的電流.對于圖1所示電路,滿量程時二極管標稱電流為56.6mA.低噪聲AD8655用來檢測流經R1的電流.

AD5452采用R-2R結構,DAC內核噪聲非常低.信號鏈中的主要噪聲源是基準電壓源ADR127,其額定1/f噪聲典型值為9μV峰峰值.圖2顯示AD8655負端的0.1Hz至10Hz電壓噪聲,其中不包括LED(本例中為Hamamatsu L5766)所增加的噪聲.本電路使用標準2N3904 NPN雙極性晶體管驅動LED.

圖2.A點測得的0.1 Hz至10Hz噪聲

常見變化

其它低噪聲精密運算放大器也適用,例如ADA4841-1和ADA4841-2.

其它合適的DAC有16位單通道AD5543或14位AD5446.雙通道DAC同樣適用,例如AD5447(12位)和AD5545(16位).AD8656是AD8655的雙通道版本.