采用简单的稳压电路为高边电流监测器提供恒定电压

摘要：在典型的光电二极管电流监测应用中，电流监测器和雪崩光电二极管(APD)之间的压降随温度和电流而变化，由此改变了总增益。本应用笔记介绍了一种利用稳压电路保持电流检测器和APD固定压降的方法，有助于解决上述问题。

概述

电流监测器和雪崩光电二极管(APD)之间的压降随温度和流过光电二极管的电流的而变化。因此，在光纤传输和仪表系统中，检测平均光电二极管电流对于有效的系统管理尤其重要。

典型应用电路

MAX4007/MAX4008为高精度、高边、高压电流监测器，设计用于监测光电二极管的电流。这两款器件提供了一个用于基准电流的连接点(REF)和一路正比于基准电流的检测输出。在IC的REF引脚处连接适当的APD (雪崩光电二极管)或PIN (阳极-本征-阴极)光电二极管，如图1所示。REF引脚向光电二极管阴极源出电流。


图1. MAX4007高边电流监测器的典型应用电路

由于光电二极管伏安特性中的陡峭斜率，光电二极管微小的电压变化就会导致较大的电流变化，从而改变了光纤应用电路的总增益。光电二极管的电压降随温度和电流变化。MAX4007器件的压降(VBIAS - VREF)典型值为0.8V，最大值为1.1V。

图2所示为基准电压随REF电流IREF的变化关系。该图给出了传统的未经稳压的电路测试结果，光电二极管电流在1µA至4mA范围内变化时，VREF变化量高达0.4V。在一些应用中，可能无法接受如此大的VREF变化。对REF电压进行稳压时最大的问题在于VBIAS可能高达76V。


图2. 基准电压随IREF的变化

稳压电路

图3所示稳压电路通过保持固定的VSUPPLY至VREF压降解决了上述两个问题。该电路包括2.048V稳压基准(MAX6007)和低偏置电流、带有1.2V内部缓冲基准的运算放大器(MAX4037)，电阻R1用于设置偏置电流。

在整个5V至76V电源电压范围内，运算放大器上的电源电压始终保持在3.248V (2.048V + 1.2V)。MAX4037运放的输出馈入MAX4007的BIAS引脚，且其REF引脚接至运放的反相输入端。运算放大器可吸收REF电压的任何变化，保持该电压固定至同相输入(VSUPPLY - 2.048V)。MAX4037能够源出1µA至4mA整个范围的光电二极管电流。


图3. 用于MAX4007/MAX4008电流监测器的稳压电路

根据图2中所示稳压电路的测试结果，可以断定光电二极管电流在1µA至4mA范围内变化时基准电源(VSUPPLY - VREF)保持恒定的2.047V。从图4可以看出；当供电电压范围为5V至76V时，对应于1mA、3mA和4mA不同基准电流，基准电压仍可保持恒定。


图4. 对应于不同偏置电流，VSUPPLY - VREF随VSUPPLY的变化曲线

很多误差源都会导致电压误差，其中之一是MAX4037运算放大器的失调电压，但实际情况是其失调电压非常低(±2.0mV)，且温漂极小，仅为100µV/°C。第二个误差源是MAX6007的击穿电压，在整个电流范围内击穿电压的变化量为±1.3mV，整个温度范围内的温度系数为75ppm/°C。即使考虑这些误差源，本文提供的稳压电路相对于未经稳压的电路仍然对系统性能改善了许多。

结论

本应用笔记提供的电路能够消除MAX4007/MAX4008电流监测器的压降变化，从而在整个负载电流范围和电源电压范围内，为光纤应用中的光电二极管保持稳定、已知的电压。