MAX3740A激光驱动器的精确功率控制

描述并分析了MAX3740A激光驱动器激光功率精确控制的三种电路方法。介绍了电路原理图和仿真结果以及每种方法的优缺点。

MAX3740A VCSEL激光驱动器的工作功率电平可通过软件控制进行设置。这可以通过DS1859数字电位器位来实现，这比看起来更棘手。本文将确定这些挑战，展示DS1859和分立电阻控制工作功率的两种不同配置方式（方案#1和方案#2），并介绍一种带有运算放大器的新电路，以解决分立方案的所有缺点（方案#3）。仿真结果显示了每个选项的光电二极管电流与电位计电压之间的关系。最后，总结了每种选择的优缺点。

特定应用的最佳电路将取决于设计人员的要求。需要考虑的因素包括光电二极管电流，以实现所需的激光功率水平、调整范围和所需的分辨率。利用本文中的信息，设计人员将能够确定特定应用的最佳选项。

挑战

MAX3740A数据资料规定在基准引脚（REF）和功率监控光电二极管（MD）之间使用电阻来设置光电二极管电流。功率控制环路将半导体激光管驱动到产生该光电二极管电流的强度，从而产生平均工作功率电平。问题是MD的标称电压为1.6V，REF的标称电压为1.8V。这仅在电阻两端提供0.2V的电压来设置光电二极管电流。像DS1859这样的数字电位器可以具有高达1K的最小电阻。这样，最大电流仅为200μA。您可以使用固定电阻器提高此电流水平，但无法更改高电流下的有限调整范围、非线性度和较差的分辨率。

使用DS1859的另一个挑战是MAX3740A的MD和REF电压变化很大。这两点之间的三角值在0.2V时非常稳定，但共模可以上下变化±0.5V。MD相对于地的这种较大变化意味着由该节点和地之间的电阻定义的电流将具有相同的大变化。

解决方案#1

在该方案中，DS1859可变电阻和806Ω固定电阻位于REF和MD之间，请参考图1。固定电阻龋齿为 0.2V/806 = 248μA。可变电阻龋齿0.2V/50K （DS1859最大值）= 4μA至0.2V/1K （DS1859最小值）= 200μA。通过固定电阻和可变电阻的电流总和决定了通过光电二极管的总电流。该技术可在低电流下提供具有良好分辨率的非线性响应。它不受MD电压变化的影响。

图1.解决方案#1原理图。

图2.解决方案#1仿真结果（X轴DS1859电阻Ω）。

图3.解决方案 #1 摘要。

解决方案#2

在该方案中，DS1859可变电阻放在MD和地之间，243Ω固定电阻放在REF和MD之间，请参考图4。固定电阻中的电流为 0.2V/243 = 823μA。可变电阻中的电流为1.6V （MD标称值）/50K （DS1859最大值）= 32μA至1.6V （MD标称值）/1K （DS1859 最小值）= 1600μA。通过光电二极管的总电流是流经固定电阻的电流减去通过可变电阻的电流。这种技术在高电流下具有良好的分辨率。电流值在很大程度上取决于MD处的电压变化。请注意，对于低电阻值，光电二极管电流可能变为负值。图5显示了在±5V范围内随MD和REF变化的光电二极管变化。

图4.解决方案#2原理图。

图5.MD和REF变化±2.0V（X轴DS5电阻为Ω）时的解决方案#1859仿真结果。

图6.解决方案 #2 摘要。

解决方案#3

在该方案中，在REF和MD之间的电路中增加了一个小尺寸（SC70封装）运算放大器MAX4245，请参考图7。使用与DS1859和MAX3740A相同的电源，运算放大器产生与MD、REF-MD和DS1859电阻值成比例的电压VO。这会产生通过R2的电流，与VO和MD之间的电压差成正比。MD引脚电压变化的影响被抵消，因此流经R2的电流仅取决于REF – MD、稳定的0.2V电压和DS1859的电阻。通过光电二极管的电流等于通过R1的电流（803μA）+通过R2的电流。光电二极管电流是电位计值的线性函数。该电路可与任何值电位计配合使用，并在任何范围内提供电流。它唯一的限制是MAX4245运算放大器的电流驱动能力。

运算放大器输出端（VO）的电压推导并计算如下。确保VO处的电压不超过运算放大器的最大输出摆幅。

VO = 参考× - （DS1859/R3） + MD × （1 + DS1859/R3）

VO = -REF × DS1859/R3 + MD + MD × DS1859/R3

VO = MD + （MD - REF） × DS1859/R3

VO = MD - 0.2V × DS1859/R3

VO = 1.0V （最小值） - 0.2V × 1K （DS1859 min）/10K = 0.98V

VO = 1.0V （最小值） - 0.2V × 50K （DS1859 最大值）/10K = 0V

VO = 2.0V （最大值） - 0.2V × 1K （DS1859 min）/10K = 1.98V

VO = 2.0V （最大值） - 0.2V × 50K （DS1859 最大值）/10K = 1.0V

通过R2的电流推导并计算如下：

I（R2） = （VO - MD）/R2

I（R2） = VO/R2 - MD/R2

I（R2） = （MD - 0.2V × DS1859/R3）/R2 - MD/R2

I（R2） = MD/R2 - 0.2V × DS1859/R2 × R3 - MD/R2

I（R2） = -0.2V × DS1859/R2 × R3

I（R2） = -DS1859/62，000，000

I（R2） = -1K（DS1859 最小值）/62，000，000 = -16μA

I（R2） = -50K（DS1859 最大值）/62，000，000 = -806μA

图7.解决方案#3原理图。

图8.解决方案 #3 仿真结果。

图9.解决方案 #3 摘要。

总结

给出了三种控制MAX3740A激光驱动器功率电平的解决方案。解决方案 #1 和 #2 非常简单，为了简单而牺牲性能。解决方案#3，通过增加一个运算放大器，可实现非常好的线性控制，对元件变化不敏感。每个设计师都可以根据自己的需求选择最佳解决方案。

审核编辑：郭婷