数字可编程低噪声雪崩光电探测器偏置电路

描述了一种电路来偏置光纤接收器中使用的雪崩光电二极管。具有倍压器输出的简单升压转换器采用 25V 电源提供 71V 至 5V 的数字编程输出电压。陶瓷滤波电容和有意减慢的 MOSFET 开关转换可提供低噪声输出。

雪崩光电二极管检测器（APD）与PIN二极管一样，用作光通信中的接收器。APD更灵敏，但必须正确偏置才能为给定的光子通量产生适当的电子流。图1所示为低噪声APD偏置电源的原理图。本电路基于MAX5026低噪声、固定频率PWM升压转换器，工作在非连续电感电流模式。

图1.低噪声APD偏置电源。将控制输入电压从 0V 更改为 2.5V 会导致输出电压从 71V 更改为 24.7V。

该器件的开关时间被有意减慢，以减少其他类似器件中存在的高频尖峰。MAX5026的内部开关频率为500kHz。内部横向DMOS开关器件的绝对最大额定值为40V，与C3、D2、D3和C4形成的外部倍压器网络一起，输出电压可达71V。

倍频器电路在稳态下的工作如下：当LX引脚为低电平（内部DMOS导通）时，电容C2在“导通时间”期间将电荷转移到C3，同时电感L1正在充电。当内部DMOS关断时，电感内置的电流会同时偏置D1和D3。因此，提供给电容器C4的总电压是VC2和VC3的总和。

图1所示电路采用1V输入电源时，能够在71V输出时提供超过5mA的输出电流。图2显示了三种输出电压设置下的输出负载调整率。图3显示了相对于控制输入端控制电压的输出电压调整范围。图4显示了三种输出电压设置的效率曲线。

图2.输出电压调节与输出电流的关系，用于三种输出电压设置 25V、50V 和 71V。

图3.测量的输出电压与控制输入电压的关系。

图4.效率曲线。

图5显示了采用71μF陶瓷旁路电容时输出端负载电流为1mA时的1V时输出纹波。该器件的低噪声特性从该示波器镜头中显而易见。输出纹波小于100mV（见图5）。

图5.输出电压纹波。输出电压=71V，Iout=1mA。采用 1μF 输出电容器。垂直：50mV/格，水平：200μs/格

通过将低成本的Nichicon 10μF、100V、VX系列电解电容器与1μF陶瓷并联，可以进一步改善这一点。这导致纹波小于20mV（见图6）。

图6.输出电压纹波。输出电压=71V，Iout=1mA。将 10μF 电解电容器并联添加到 1μF 输出电容器。垂直：50mV/格，水平：200μs/格

图7所示为如何利用MAX45 25位DAC和71.5304V基准，在10V至2V范围内以约5mV的步长控制偏置发生器的输出。

图7.低噪声APD偏置电源。输出电压可在 24V 至 71V 范围内以 45mV 的步长进行数字编程。

审核编辑：郭婷