帶寬范圍為120dB的雙對(duì)數(shù)變換器ADL5310

　?。粒模蹋担常保笆敲绹?guó)ＡＤＩ公司生產(chǎn)的具有兩個(gè)獨(dú)立通道的雙對(duì)數(shù)變換器。它具有對(duì)光電轉(zhuǎn)換的最優(yōu)化接口和溫度特性穩(wěn)定的對(duì)數(shù)輸出，同時(shí)帶有可由用戶配置的輸出緩沖放大器，其對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換傳遞函數(shù)的斜率和截距均可由用戶通過外部電阻來進(jìn)行調(diào)整?？蓮V泛用于增益與吸光度測(cè)量、多通道電源監(jiān)測(cè)、通用基帶對(duì)數(shù)壓縮等方面。

　?。粒模蹋担常保熬哂袃蓚€(gè)獨(dú)立的，可各自配置傳遞函數(shù)常量（對(duì)數(shù)斜率和截距）的信號(hào)通道，為了降低功耗和提高通

　?。粒模蹋担常保袄枚O管基射極電壓與集電極電流之間精確的對(duì)數(shù)關(guān)系為光電轉(zhuǎn)換提供了一個(gè)非常理想的線性傳輸結(jié)構(gòu)，其對(duì)數(shù)傳遞函數(shù)的斜率在初始時(shí)被設(shè)定為１０ｍＶ／ｄＢ(２００ｍＶ／ｄｅｃ)，不過也可由外部電阻和獨(dú)立緩沖放大器進(jìn)行調(diào)整。每個(gè)通道的傳遞函數(shù)的截距可由各自的參考電流定義，參考電流在初始時(shí)一般通過連接在ＶＲＥＦ （２．５Ｖ）引腳和ＩＲＦ１（ＩＲＦ２）引腳間的電阻將其輸入最大值設(shè)置為３μＡ，而將ＶＲＤＺ引腳連到ＶＲＥＦ引腳可有效地將Ｘ軸截距設(shè)置為參考電流的１／１００００，一般參考電流為３μＡ?xí)r，截距為３００ｐＡ。

　　在測(cè)量增益或吸收系數(shù)時(shí)，若兩個(gè)通道的輸入電流范圍不一樣，ＡＤＬ５３１０可采用兩通道獨(dú)立的參考電流。ＡＤＬ５３１０的參考電流允許輸入幅值也是該電路的整個(gè)動(dòng)態(tài)輸入范圍，而且參考輸入電流可以作為分母參與對(duì)數(shù)運(yùn)算。ＡＤＬ５３１０的工作溫度范圍為－４０℃～＋８５℃。它由高精度電流發(fā)生器提供合適的偏置電流以補(bǔ)償二極管固有的溫度影響。

　?。粒模蹋担常保霸诠鈱W(xué)通訊系統(tǒng)的光源檢測(cè)上有著廣泛的應(yīng)用，如激光控制電路、光學(xué)轉(zhuǎn)換器、衰減器、放大器以及系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等。

　　２ ADL5310的引腳功能

　?。粒模蹋担常保暗囊_排列如圖１所示，引腳功能如下：

　?。郑樱眨停罕Ｗo(hù)引腳，用來保護(hù)ＩＮＰ１和ＩＮＰ２的輸入電流，而且用于自動(dòng)調(diào)整輸入總節(jié)點(diǎn)的電壓；

　　ＩＮＰ１、ＩＮＰ２：通道１、２的分子輸入，光電二級(jí)管電流ＩＰＤ１、ＩＰＤ２由此流入，通常連到光電二極管的正極；

　?。桑遥疲薄ⅲ桑遥疲玻和ǖ溃?、２的分母輸入，參考電流ＩＲＦ１、ＩＲＦ２由此流入；

　?。郑遥牛疲海玻担值膮⒖驾敵鲭妷?；

　　ＶＰＯＳ：正電源，ＶＰ－ＶＮ≤１２Ｖ；

　?。郑危牛牵嚎烧{(diào)負(fù)電源，此引腳常常接地；

　?。希眨裕薄ⅲ希眨裕玻和ǖ溃?、２ 的緩沖輸出；

　?。樱茫蹋薄ⅲ樱茫蹋玻和ǖ溃?、２ 的緩沖放大轉(zhuǎn)換輸入；

　?。拢桑危?、ＢＩＮ２：通道１、２ 的緩沖放大非轉(zhuǎn)換輸入；

　　ＬＯＧ１、ＬＯＧ２：通道１、２ 的對(duì)數(shù)前置放大輸出；

　　ＣＯＭＭ：模擬地；

　　ＶＲＤＺ：截距轉(zhuǎn)化參考輸入，通常情況下接至ＶＲＥＦ，當(dāng)提供單極輸入時(shí)也可接地。

　?。?ADL5310的主要結(jié)構(gòu)

　?。粒模蹋担常保翱蔀楣饫w管理系統(tǒng)提供非常方便的接口方式，同時(shí)它也可以應(yīng)用于非光纖系統(tǒng)。圖２為獨(dú)立在線放大器的主要原理結(jié)構(gòu)。圖中，二級(jí)管的電流ＩＰＤ流經(jīng)ＩＮＰ１（ＩＮＰ２），該節(jié)點(diǎn)的電壓近似等于臨近保護(hù)引腳的電壓ＶＳＵＭ，也就是參考輸入ＩＲＦ１（ＩＲＦ２）的電壓，它是由ＪＥＦＴ型運(yùn)放的微小失調(diào)電壓產(chǎn)生的。晶體管Ｑ１可將電流ＩＰＤ轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的對(duì)數(shù)電流。一般在單電源供電情況下，應(yīng)接一個(gè)有限的正電壓ＶＳＵＭ來偏置Ｑ１的集電極，在ＡＤＬ５３１０中，ＶＳＵＭ被內(nèi)置為０．５Ｖ（ＶＲＥＦ引腳參考電壓２．５Ｖ的１／５）。

　　４ 應(yīng)用分析

　　４．１ 噪聲分析

　　在估計(jì)截距穩(wěn)定性的時(shí)候，應(yīng)將ＩＲＦ１(ＩＲＦ２)的任何溫度變化都考慮進(jìn)去。而且如果ＩＲＦ１(ＩＲＦ２)的值很小，溫度引起的整體噪聲就會(huì)增加。在固定截距應(yīng)用時(shí)（電路如圖３所示），不要使用大的參考電流，以免在單電源供電情況下壓縮小電流的動(dòng)態(tài)截止范圍。不過有必要在ＶＳＵＭ與地之間加上電容，這樣可減小這一點(diǎn)的噪聲，同時(shí)減小通道之間的交互影響，協(xié)助提供整個(gè)參考電流。

　　另外，任一個(gè)輸入端和參考端（ＩＮＰ１、ＩＮＰ２，ＩＲＦ１、ＩＲＦ２）都應(yīng)有一個(gè)由電阻和電容構(gòu)成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。發(fā)光二極管的連接電容和輸入系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)電容在傳遞函數(shù)中會(huì)構(gòu)成一個(gè)很大的隨輸入電流變化的極點(diǎn)。ＲＣ網(wǎng)絡(luò)以一定頻率同步可減小這個(gè)極點(diǎn)，同時(shí)插入一個(gè)零點(diǎn)也可以補(bǔ)償輸入系統(tǒng)的另一個(gè)固有極點(diǎn)以穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)。一般來講，１ｎＦ和１ｋΩ的阻容網(wǎng)絡(luò)適用于任意的光電二極管接口。然而如果使用更大動(dòng)態(tài)范圍的光電二極管，或用于輸入路徑很長(zhǎng)的時(shí)候，就需要換用更大的電容以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。在ＩＲＦ１（ＩＲＦ２）和地之間需要接入４．７ｎＦ和２ｋΩ的濾波器件。在要求苛刻的地方（比如補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)），還要用到溫度穩(wěn)定器件，Ｙ５Ｖ型片狀電容由于溫度穩(wěn)定性不高應(yīng)該避免使用。

　　連接引腳ＬＯＧ１（ＬＯＧ２）和地的可調(diào)電容與引腳處的５ｋΩ電阻構(gòu)成了一個(gè)單極點(diǎn)低通濾波器，當(dāng)ＩＰＤ很小時(shí)，該濾波器有益于抑制輸出噪聲，而多極點(diǎn)濾波器在抑制總體噪聲方面效果會(huì)更好。

    ４．２ 最小串?dāng)_

　　將兩個(gè)大動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)ＩＣ芯片上的同時(shí)也帶來了通道間需要相互隔離的潛在問題。為了將串?dāng)_控制在可接受的范圍內(nèi)，應(yīng)采用嚴(yán)格的電源旁路（保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也需要這個(gè)）和細(xì)心的版面布局。

　　雖然偏置保護(hù)電路可增進(jìn)通道間的匹配，減小電源功耗，但它卻是必須要減小的串?dāng)_源。由于ＶＳＵＭ是兩個(gè)輸入系統(tǒng)共有的電壓參考值，所以在該引腳與地間至少連接１ｎＦ電容才可以達(dá)到旁路效果，而在低電流（小于３０ｎＡ）時(shí)，則需要２０ｎＦ的電容。這樣，ＶＳＵＭ引腳在輸入帶寬之內(nèi)的干擾將被反饋回路所控制，而不會(huì)在輸出端產(chǎn)生擾動(dòng)（ＩＲＦ１和ＩＲＦ２引腳電壓變化引起的參考電流的微小波動(dòng)除外）。

　　在小電流時(shí)，要是沒有帶寬限制，初始電流就會(huì)有損耗。所以，ＶＳＵＭ（具有一個(gè)典型的１６ｋΩ源電阻）處的極點(diǎn)頻率必須設(shè)置為低于可能遇到的最小電流輸入時(shí)系統(tǒng)的最小帶寬，ＶＳＵＭ引腳處的低頻噪聲也應(yīng) 同樣得到帶寬范圍內(nèi)反饋回路的跟蹤控制，以減小由于ＶＳＵＭ處１６ｋΩ源電阻的熱噪聲而引起的輸出擾動(dòng)。而ＶＳＵＭ引腳由一個(gè)１０ｎＦ的電容（兩個(gè)２０ｎＦ電容并聯(lián)）和１６ｋΩ源電阻構(gòu)成一個(gè)５００Ｈｚ的極點(diǎn)，其極點(diǎn)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最小輸入電壓３ｎＡ?xí)r的帶寬。

　?。?兩點(diǎn)校準(zhǔn)

　?。粒模蹋担常保暗拿恳粋€(gè)通道都具有自己獨(dú)立的斜率和截距，在ＬＯＧ１（ＬＯＧ２）處為２００ｍＶ／ｄｅｃａｄｅ３００ｐＡ。這個(gè)值并不是最后固定的，其斜率受溫度影響所發(fā)生變化可達(dá)７．５％。對(duì)此，推薦使用一個(gè)簡(jiǎn)單的校正以達(dá)到提高精度的目的。如果隨機(jī)選擇一對(duì)ＡＤ８３０５對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器，那么要達(dá)到要求精度，就必須對(duì)各自通道分別校準(zhǔn)，而選用ＡＤＬ５３１０則完全提高了兩通道間斜率與截距的匹配而無需再校準(zhǔn)。