采用簡單的穩壓電路為高邊電流監測器提供恒定

摘要：在典型的光電二極管電流監測應用中，電流監測器和雪崩光電二極管(APD)之間的壓降隨溫度和電流而變化，由此改變了總增益。本應用筆記介紹了一種利用穩壓電路保持電流檢測器和APD固定壓降的方法，有助于解決上述問題。

概述

電流監測器和雪崩光電二極管(APD)之間的壓降隨溫度和流過光電二極管的電流的而變化。因此，在光纖傳輸和儀表系統中，檢測平均光電二極管電流對于有效的系統管理尤其重要。

典型應用電路

MAX4007/MAX4008為高精度、高邊、高壓電流監測器，設計用于監測光電二極管的電流。這兩款器件提供了一個用于基準電流的連接點(REF)和一路正比于基準電流的檢測輸出。在IC的REF引腳處連接適當的APD (雪崩光電二極管)或PIN (陽極-本征-陰極)光電二極管，如圖1所示。REF引腳向光電二極管陰極源出電流。


圖1. MAX4007高邊電流監測器的典型應用電路

由于光電二極管伏安特性中的陡峭斜率，光電二極管微小的電壓變化就會導致較大的電流變化，從而改變了光纖應用電路的總增益。光電二極管的電壓降隨溫度和電流變化。MAX4007器件的壓降(VBIAS - VREF)典型值為0.8V，最大值為1.1V。

圖2所示為基準電壓隨REF電流IREF的變化關系。該圖給出了傳統的未經穩壓的電路測試結果，光電二極管電流在1μA至4mA范圍內變化時，VREF變化量高達0.4V。在一些應用中，可能無法接受如此大的VREF變化。對REF電壓進行穩壓時最大的問題在于VBIAS可能高達76V。


圖2. 基準電壓隨IREF的變化

穩壓電路

圖3所示穩壓電路通過保持固定的VSUPPLY至VREF壓降解決了上述兩個問題。該電路包括2.048V穩壓基準(MAX6007)和低偏置電流、帶有1.2V內部緩沖基準的運算放大器(MAX4037)，電阻R1用于設置偏置電流。

在整個5V至76V電源電壓范圍內，運算放大器上的電源電壓始終保持在3.248V (2.048V + 1.2V)。MAX4037運放的輸出饋入MAX4007的BIAS引腳，且其REF引腳接至運放的反相輸入端。運算放大器可吸收REF電壓的任何變化，保持該電壓固定至同相輸入(VSUPPLY - 2.048V)。MAX4037能夠源出1μA至4mA整個范圍的光電二極管電流。


圖3. 用于MAX4007/MAX4008電流監測器的穩壓電路

根據圖2中所示穩壓電路的測試結果，可以斷定光電二極管電流在1μA至4mA范圍內變化時基準電源(VSUPPLY - VREF)保持恒定的2.047V。從圖4可以看出；當供電電壓范圍為5V至76V時，對應于1mA、3mA和4mA不同基準電流，基準電壓仍可保持恒定。


圖4. 對應于不同偏置電流，VSUPPLY - VREF隨VSUPPLY的變化曲線

很多誤差源都會導致電壓誤差，其中之一是MAX4037運算放大器的失調電壓，但實際情況是其失調電壓非常低(±2.0mV)，且溫漂極小，僅為100μV/°C。第二個誤差源是MAX6007的擊穿電壓，在整個電流范圍內擊穿電壓的變化量為±1.3mV，整個溫度范圍內的溫度系數為75ppm/°C。即使考慮這些誤差源，本文提供的穩壓電路相對于未經穩壓的電路仍然對系統性能改善了許多。

結論

本應用筆記提供的電路能夠消除MAX4007/MAX4008電流監測器的壓降變化，從而在整個負載電流范圍和電源電壓范圍內，為光纖應用中的光電二極管保持穩定、已知的電壓。