探索AMC7820：一款强大的模拟监测与控制电路

 

在当今复杂的电子系统中，模拟监测与控制电路起着至关重要的作用。TI的AMC7820就是这样一款功能强大的芯片，它集成了多种功能模块，为DWDM应用中的激光二极管和TEC冷却器控制提供了一站式解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

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AMC7820的特性与应用

特性亮点

• 高性能数据转换：具备100kHz采样率的12位ADC，8个模拟输入通道，能快速准确地采集模拟信号；还有三个12位DAC，可实现高精度的数字到模拟转换。
• 丰富的运算放大器：拥有九个运算放大器，可灵活配置用于信号调理或控制功能。
• 稳定的参考源：内置2.5V参考，也支持外部参考输入，保证了系统的稳定性和灵活性。
• 便捷的通信接口：采用SPI串行接口，与DSP或微处理器系统集成方便，且3V逻辑兼容，单+5V供电，功耗低至40mW，采用TQFP - 48封装，节省空间。

应用领域

主要应用于DWDM中的CW激光和泵浦激光电流控制、TEC冷却器电流控制、光功率监测以及可调谐激光等领域，为光通信系统的稳定运行提供了有力支持。

详细功能模块解析

ADC模块

模拟输入通过多路复用器连接到逐次逼近寄存器（SAR）ADC。该ADC基于电容再分配架构，自带采样保持功能。多路复用器提供八个模拟输入通道，其中部分通道由放大器缓冲，部分直接连接外部引脚。在采样期间，模拟电流需对内部采样保持电容充电，转换处于保持模式且采样电容充满电时，模拟输入的输入阻抗大于1GΩ。多路复用器开关的导通电阻典型值为150Ω，为确保内部采样保持电容在采集时间内完全充电，模拟输入的源阻抗应不超过1kΩ。ADC启动后连续运行，扫描各通道，转换结果存储在相应的ADC寄存器中。需要注意的是，若信号源输出范围小于2·VREF，靠近FFF的代码可能缺失。

DAC模块

三个12位DAC采用电阻串架构，带有可切换抽头，并由运算放大器缓冲。运算放大器缓冲可配置为增益+1或+2，使输出范围分别为0V至+2.5V或0V至+5.0V，这种架构具有单调性，适合需要平滑设定点控制的系统。不过，当DAC输出电压接近AGND或AVDD时，在吸收或提供电流方面存在限制，例如输出级可能会钳位、输入偏移电压会影响输出、增益设置不当会导致电压摆动受限等问题。

运算放大器模块

AMC7820有九个运算放大器，其中OPA8用于设置电流源输出，OPA9缓冲温度传感器电压，其他可用于信号调理或控制。这些放大器采用PMOS差分输入级，共模输入范围宽，能保持良好的CMRR、低失调电压、低噪声和良好的PSRR。高开环增益保证了信号线性度和低闭环输出阻抗，轨到轨输出级在小电流情况下可接近电源轨摆动。输入偏置电流非常低，主要由ESD二极管的泄漏电流引起，温度每升高10°C，泄漏电流会加倍。

参考模块

芯片内部有一个+2.5V带隙电压参考，经A1缓冲后在引脚26输出。引脚27可连接外部参考，也可用于滤波内部参考，通过在引脚27与模拟地之间放置电容可降低参考噪声。内部参考电压可通过向引脚27注入或流出小电流进行调整。

热敏电阻电流源和温度传感器电压模块

热敏电阻电流源输出由连接在ISET_RESISTOR引脚（引脚45）到地的电阻设置。+2.5V参考电压通过OPA8的闭环作用施加在引脚45上，热敏电阻电流由1:4电流镜提供，其大小为通过RISET电阻电流的4倍。热敏电阻由THERM_I_OUTPUT引脚输出的电流驱动，其两端电压经OPA9缓冲后，引脚T_SENSOR_VOLTAGE上的电压代表实际TEC温度。为获得最佳性能，RISET电阻的TCR应不超过10ppm/°C，公差为0.1%，使用电流源可保留热敏电阻的全灵敏度。由于热敏电阻电流源输出阻抗高、电压适应范围宽，可通过将两个激光模块的热敏电阻与该电流源输出串联来控制它们。

开关模块

芯片有四个内部开关（SW1、SW2、SW3和SW4），用于关闭TEC和激光二极管。这些开关由内部信号控制，信号状态由相应寄存器的位决定。主机可通过向适当寄存器写入特定模式来改变开关状态。

TEC软启动控制器模块

当OPA7配置为积分器且TEC驱动器参考电压为2.5V时，该控制器为双向TEC驱动器提供软启动功能。引脚1（SW2_OUT）驱动外部TEC驱动器，2.5V的引脚电压可使TEC驱动器输出电流为零，实现安全启动。上电或复位后，开关动作使外部TEC驱动器输出电流为零，同时TEC软启动控制器启用，驱动OPA7输出为2.5V，确保软启动。

应用案例分析

TEC控制

TEC控制回路由热敏电阻电流源、单位增益缓冲器、恒温DAC（DAC0）、TEC积分器（OPA7）、内部TEC软启动控制器、外部热敏电阻和外部TEC功率电流驱动器组成。外部热敏电阻由电流源驱动，其两端电压代表实际TEC温度，输入到OPA7的反相输入端，OPA7的同相输入端连接DAC0，设置所需温度。引脚1（SW2_OUT）控制外部TEC功率电流驱动器，2.5V的引脚电压使TEC电流为零。正常运行时，SW2启用，OPA7连接到驱动器，热敏电阻电压控制TEC电流；SW2禁用时，驱动器连接到2.5V，TEC电流为零。TEC电流通过外部感测电阻由OPA6感测，并输入到ADC的模拟通道7，主机处理器可监测电流并采取相应措施。

激光二极管控制

激光二极管控制回路由积分器（OPA1）、DAC（DAC2）、跨阻放大器（OPA4）、外部感测电阻、外部仪表放大器和外部激光二极管电流驱动器组成。激光二极管电流通过外部感测电阻感测，电压输入到仪表放大器，输出反馈到OPA1的反相输入端，OPA1输出驱动外部功率电流驱动器。正常运行时，SW1启用，DAC2输出连接到OPA1的同相输入端；上电或复位后，SW1禁用，OPA1同相输入端接地，激光电流为零。激光二极管的输出光功率通过ADC（模拟通道1）监测，主机处理器可根据情况采取措施。芯片还可使激光二极管处于“恒定功率模式”。

通信与寄存器配置

数字接口

AMC7820通过标准SPI总线通信，包括SCLK、MISO、MOSI和SS四个引脚。主机通过激活SS信号访问芯片，在SCLK控制下进行数据传输。数据在SCLK上升沿移出，下降沿采样。写入或读取数据时，SS信号必须保持低电平，直到数据传输完成。

通信协议

芯片通过16位命令控制寄存器的读写。命令字的R/W位指定数据流向，4位指定内存页面，5位指定寄存器地址，最后6位保留。

寄存器配置

芯片有多个16位寄存器，分为数据页（Page 0）和控制页（Page 1）。ADC寄存器存储转换结果，DAC寄存器用于写入要转换的数据，关机寄存器控制开关的启用和禁用，复位寄存器可实现软件复位，配置/状态寄存器用于配置芯片功能和指示状态。

布局注意事项

为获得最佳性能，AMC7820的布局至关重要。电源应干净且充分旁路，在芯片附近放置0.1µF陶瓷旁路电容，若AVDD与电源连接阻抗高，还需1µF至10µF电容。使用内部参考时，在EXT_REF_IN引脚与模拟地之间安装1µF参考旁路电容。AGND和DGND引脚应连接到干净的接地点，避免靠近微控制器或数字信号处理器的接地端，理想情况下应设置专门的模拟接地平面。

结语

AMC7820以其丰富的功能和出色的性能，为DWDM应用中的激光二极管和TEC冷却器控制提供了可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要深入理解其各个模块的工作原理和特性，合理配置寄存器，注意布局布线，以充分发挥其优势。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。