带宽范围为120dB的双对数变换器ADL5310

2012-09-26 16:35:55来源: 互联网

ADL5310的主要特点

  ADL5310是美国ADI公司生产的具有两个独立通道的双对数变换器。它具有对光电转换的最优化接口和温度特性稳定的对数输出,同时带有可由用户配置的输出缓冲放大器,其对数转换传递函数的斜率和截距均可由用户通过外部电阻来进行调整。可广泛用于增益与吸光度测量、多通道电源监测、通用基带对数压缩等方面。

  ADL5310具有两个独立的,可各自配置传递函数常量(对数斜率和截距)的信号通道,为了降低功耗和提高通

  道间的匹配,其内部偏置电路是两通道公用的,相当于两个拓展了动态范围(120dB)的AD8305。

  ADL5310利用二极管基射极电压与集电极电流之间精确的对数关系为光电转换提供了一个非常理想的线性传输结构,其对数传递函数的斜率在初始时被设定为10mV/dB(200mV/dec),不过也可由外部电阻和独立缓冲放大器进行调整。每个通道的传递函数的截距可由各自的参考电流定义,参考电流在初始时一般通过连接在VREF (2.5V)引脚和IRF1(IRF2)引脚间的电阻将其输入最大值设置为3μA,而将VRDZ引脚连到VREF引脚可有效地将X轴截距设置为参考电流的1/10000,一般参考电流为3μA时,截距为300pA。

  在测量增益或吸收系数时,若两个通道的输入电流范围不一样,ADL5310可采用两通道独立的参考电流。ADL5310的参考电流允许输入幅值也是该电路的整个动态输入范围,而且参考输入电流可以作为分母参与对数运算。ADL5310的工作温度范围为-40℃~+85℃。它由高精度电流发生器提供合适的偏置电流以补偿二极管固有的温度影响。

  ADL5310在光学通讯系统的光源检测上有着广泛的应用,如激光控制电路、光学转换器、衰减器、放大器以及系统监测等。

  ADL5310的引脚排列图

  2 ADL5310的引脚功能

  ADL5310的引脚排列如图1所示,引脚功能如下:

  VSUM:保护引脚,用来保护INP1和INP2的输入电流,而且用于自动调整输入总节点的电压;

  INP1、INP2:通道1、2的分子输入,光电二级管电流IPD1、IPD2由此流入,通常连到光电二极管的正极;

  IRF1、IRF2:通道1、2的分母输入,参考电流IRF1、IRF2由此流入;

  VREF:2.5V的参考输出电压;

  VPOS:正电源,VP-VN≤12V;

  VNEG:可调负电源,此引脚常常接地;

  OUT1、OUT2:通道1、2 的缓冲输出;

  SCL1、SCL2:通道1、2 的缓冲放大转换输入;

  BIN1、BIN2:通道1、2 的缓冲放大非转换输入;

  LOG1、LOG2:通道1、2 的对数前置放大输出;

  COMM:模拟地;

  VRDZ:截距转化参考输入,通常情况下接至VREF,当提供单极输入时也可接地。

3 ADL5310的主要结构

  ADL5310可为光纤管理系统提供非常方便的接口方式,同时它也可以应用于非光纤系统。图2为独立在线放大器的主要原理结构。图中,二级管的电流IPD流经INP1(INP2),该节点的电压近似等于临近保护引脚的电压VSUM,也就是参考输入IRF1(IRF2)的电压,它是由JEFT型运放的微小失调电压产生的。晶体管Q1可将电流IPD转化成相应的对数电流。一般在单电源供电情况下,应接一个有限的正电压VSUM来偏置Q1的集电极,在ADL5310中,VSUM被内置为0.5V(VREF引脚参考电压2.5V的1/5)。

  4 应用分析

  4.1 噪声分析

  在估计截距稳定性的时候,应将IRF1(IRF2)的任何温度变化都考虑进去。而且如果IRF1(IRF2)的值很小,温度引起的整体噪声就会增加。在固定截距应用时(电路如图3所示),不要使用大的参考电流,以免在单电源供电情况下压缩小电流的动态截止范围。不过有必要在VSUM与地之间加上电容,这样可减小这一点的噪声,同时减小通道之间的交互影响,协助提供整个参考电流。

  独立在线放大器的主要原理结构

  另外,任一个输入端和参考端(INP1、INP2,IRF1、IRF2)都应有一个由电阻和电容构成的补偿网络。发光二极管的连接电容和输入系统的网络电容在传递函数中会构成一个很大的随输入电流变化的极点。RC网络以一定频率同步可减小这个极点,同时插入一个零点也可以补偿输入系统的另一个固有极点以稳定整个系统。一般来讲,1nF和1kΩ的阻容网络适用于任意的光电二极管接口。然而如果使用更大动态范围的光电二极管,或用于输入路径很长的时候,就需要换用更大的电容以确保系统稳定。在IRF1(IRF2)和地之间需要接入4.7nF和2kΩ的滤波器件。在要求苛刻的地方(比如补偿网络),还要用到温度稳定器件,Y5V型片状电容由于温度稳定性不高应该避免使用。

  连接引脚LOG1(LOG2)和地的可调电容与引脚处的5kΩ电阻构成了一个单极点低通滤波器,当IPD很小时,该滤波器有益于抑制输出噪声,而多极点滤波器在抑制总体噪声方面效果会更好。

  4.2 最小串扰

  将两个大动态范围的对数转换器集成在一个IC芯片上的同时也带来了通道间需要相互隔离的潜在问题。为了将串扰控制在可接受的范围内,应采用严格的电源旁路(保证整个系统的稳定性也需要这个)和细心的版面布局。

  虽然偏置保护电路可增进通道间的匹配,减小电源功耗,但它却是必须要减小的串扰源。由于VSUM是两个输入系统共有的电压参考值,所以在该引脚与地间至少连接1nF电容才可以达到旁路效果,而在低电流(小于30nA)时,则需要20nF的电容。这样,VSUM引脚在输入带宽之内的干扰将被反馈回路所控制,而不会在输出端产生扰动(IRF1和IRF2引脚电压变化引起的参考电流的微小波动除外)。

  在小电流时,要是没有带宽限制,初始电流就会有损耗。所以,VSUM(具有一个典型的16kΩ源电阻)处的极点频率必须设置为低于可能遇到的最小电流输入时系统的最小带宽,VSUM引脚处的低频噪声也应 同样得到带宽范围内反馈回路的跟踪控制,以减小由于VSUM处16kΩ源电阻的热噪声而引起的输出扰动。而VSUM引脚由一个10nF的电容(两个20nF电容并联)和16kΩ源电阻构成一个500Hz的极点,其极点频率远远小于最小输入电压3nA时的带宽。

  在固定截距应用时

  5 两点校准

  ADL5310的每一个通道都具有自己独立的斜率和截距,在LOG1(LOG2)处为200mV/decade?300pA。这个值并不是最后固定的,其斜率受温度影响所发生变化可达7.5%。对此,推荐使用一个简单的校正以达到提高精度的目的。如果随机选择一对AD8305对数运算放大器,那么要达到要求精度,就必须对各自通道分别校准,而选用ADL5310则完全提高了两通道间斜率与截距的匹配而无需再校准。

关键字:带宽  双对数  变换器  ADL5310

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0926/article_16922.html
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