帶寬范圍為120dB的雙對數(shù)變換器ADL5310

　　ＡＤＬ５３１０是美國ＡＤＩ公司生產(chǎn)的具有兩個獨立通道的雙對數(shù)變換器。它具有對光電轉(zhuǎn)換的最優(yōu)化接口和溫度特性穩(wěn)定的對數(shù)輸出，同時帶有可由用戶配置的輸出緩沖放大器，其對數(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行調(diào)整?？蓮V泛用于增益與吸光度測量、多通道電源監(jiān)測、通用基帶對數(shù)壓縮等方面。

　?。粒模蹋担常保熬哂袃蓚€獨立的，可各自配置傳遞函數(shù)常量（對數(shù)斜率和截距）的信號通道，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數(shù)關系為光電轉(zhuǎn)換提供了一個非常理想的線性傳輸結(jié)構(gòu)，其對數(shù)傳遞函數(shù)的斜率在初始時被設定為１０ｍＶ／ｄＢ(２００ｍＶ／ｄｅｃ)，不過也可由外部電阻和獨立緩沖放大器進行調(diào)整。每個通道的傳遞函數(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置為３μＡ，而將ＶＲＤＺ引腳連到ＶＲＥＦ引腳可有效地將Ｘ軸截距設置為參考電流的１／１００００，一般參考電流為３μＡ時，截距為３００ｐＡ。

　　在測量增益或吸收系數(shù)時，若兩個通道的輸入電流范圍不一樣，ＡＤＬ５３１０可采用兩通道獨立的參考電流。ＡＤＬ５３１０的參考電流允許輸入幅值也是該電路的整個動態(tài)輸入范圍，而且參考輸入電流可以作為分母參與對數(shù)運算。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償二極管固有的溫度影響。

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

　?。?ADL5310的引腳功能

　　ＡＤＬ５３１０的引腳排列如圖１所示，引腳功能如下：

　　ＶＳＵＭ：保護引腳，用來保護ＩＮＰ１和ＩＮＰ２的輸入電流，而且用于自動調(diào)整輸入總節(jié)點的電壓；

　?。桑危校?、ＩＮＰ２：通道１、２的分子輸入，光電二級管電流ＩＰＤ１、ＩＰＤ２由此流入，通常連到光電二極管的正極；

　　ＩＲＦ１、ＩＲＦ２：通道１、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)負電源，此引腳常常接地；

　　ＯＵＴ１、ＯＵＴ２：通道１、２ 的緩沖輸出；

　?。樱茫蹋?、ＳＣＬ２：通道１、２ 的緩沖放大轉(zhuǎn)換輸入；

　　ＢＩＮ１、ＢＩＮ２：通道１、２ 的緩沖放大非轉(zhuǎn)換輸入；

　　ＬＯＧ１、ＬＯＧ２：通道１、２ 的對數(shù)前置放大輸出；

　?。茫希停停耗M地；

　?。郑遥模冢航鼐噢D(zhuǎn)化參考輸入，通常情況下接至ＶＲＥＦ，當提供單極輸入時也可接地。

　?。?ADL5310的主要結(jié)構(gòu)

　　ＡＤＬ５３１０可為光纖管理系統(tǒng)提供非常方便的接口方式，同時它也可以應用于非光纖系統(tǒng)。圖２為獨立在線放大器的主要原理結(jié)構(gòu)。圖中，二級管的電流ＩＰＤ流經(jīng)ＩＮＰ１（ＩＮＰ２），該節(jié)點的電壓近似等于臨近保護引腳的電壓ＶＳＵＭ，也就是參考輸入ＩＲＦ１（ＩＲＦ２）的電壓，它是由ＪＥＦＴ型運放的微小失調(diào)電壓產(chǎn)生的。晶體管Ｑ１可將電流ＩＰＤ轉(zhuǎn)化成相應的對數(shù)電流。一般在單電源供電情況下，應接一個有限的正電壓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 應用分析

　?。矗?噪聲分析

　　在估計截距穩(wěn)定性的時候，應將ＩＲＦ１(ＩＲＦ２)的任何溫度變化都考慮進去。而且如果ＩＲＦ１(ＩＲＦ２)的值很小，溫度引起的整體噪聲就會增加。在固定截距應用時（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，這樣可減小這一點的噪聲，同時減小通道之間的交互影響，協(xié)助提供整個參考電流。

　　另外，任一個輸入端和參考端（ＩＮＰ１、ＩＮＰ２，ＩＲＦ１、ＩＲＦ２）都應有一個由電阻和電容構(gòu)成的補償網(wǎng)絡。發(fā)光二極管的連接電容和輸入系統(tǒng)的網(wǎng)絡電容在傳遞函數(shù)中會構(gòu)成一個很大的隨輸入電流變化的極點。ＲＣ網(wǎng)絡以一定頻率同步可減小這個極點，同時插入一個零點也可以補償輸入系統(tǒng)的另一個固有極點以穩(wěn)定整個系統(tǒng)。一般來講，１ｎＦ和１ｋΩ的阻容網(wǎng)絡適用于任意的光電二極管接口。然而如果使用更大動態(tài)范圍的光電二極管，或用于輸入路徑很長的時候，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（比如補償網(wǎng)絡），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)成了一個單極點低通濾波器，當ＩＰＤ很小時，該濾波器有益于抑制輸出噪聲，而多極點濾波器在抑制總體噪聲方面效果會更好。

    ４．２ 最小串擾

　　將兩個大動態(tài)范圍的對數(shù)轉(zhuǎn)換器集成在一個ＩＣ芯片上的同時也帶來了通道間需要相互隔離的潛在問題。為了將串擾控制在可接受的范圍內(nèi)，應采用嚴格的電源旁路（保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也需要這個）和細心的版面布局。

　　雖然偏置保護電路可增進通道間的匹配，減小電源功耗，但它卻是必須要減小的串擾源。由于ＶＳＵＭ是兩個輸入系統(tǒng)共有的電壓參考值，所以在該引腳與地間至少連接１ｎＦ電容才可以達到旁路效果，而在低電流（小于３０ｎＡ）時，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，而不會在輸出端產(chǎn)生擾動（ＩＲＦ１和ＩＲＦ２引腳電壓變化引起的參考電流的微小波動除外）。

　　在小電流時，要是沒有帶寬限制，初始電流就會有損耗。所以，ＶＳＵＭ（具有一個典型的１６ｋΩ源電阻）處的極點頻率必須設置為低于可能遇到的最小電流輸入時系統(tǒng)的最小帶寬，ＶＳＵＭ引腳處的低頻噪聲也應 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。而ＶＳＵＭ引腳由一個１０ｎＦ的電容（兩個２０ｎＦ電容并聯(lián)）和１６ｋΩ源電阻構(gòu)成一個５００Ｈｚ的極點，其極點頻率遠遠小于最小輸入電壓３ｎＡ時的帶寬。

　?。?兩點校準

　?。粒模蹋担常保暗拿恳粋€通道都具有自己獨立的斜率和截距，在ＬＯＧ１（ＬＯＧ２）處為２００ｍＶ／ｄｅｃａｄｅ３００ｐＡ。這個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７．５％。對此，推薦使用一個簡單的校正以達到提高精度的目的。如果隨機選擇一對ＡＤ８３０５對數(shù)運算放大器，那么要達到要求精度，就必須對各自通道分別校準，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。